Работа диода для чайников: ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

Содержание

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

   Все мы прекрасно знаем что такое полупроводниковый диод, но мало кто из нас знает о принципе работы диода, сегодня специально для новичков я поясню принцип его работы. Диод как известно одной стороной хорошо пропускает ток, а в обратном направлении — очень плохо. У диода есть два вывода — анод и катод. Ни один электронный прибор не обходится без применения диодов. Диод используют для выпрямлении переменного тока, при помощи диодного моста который состоит из четырех диодов, можно превратить переменной ток в постоянный, или с использованием шести диодов превратить трехфазовое напряжение в однофазовое, диоды применяются в разнообразных блоках питания, в аудио — видео устройствах, практически повсюду. Тут можно посмотреть фотографии некоторых видов диодов. 

   На выходе диода можно заметить спад начального уровня напряжения на 0,5-0,7 вольт. Для более низковольтных устройств по питанию используют диод шоттки, на таком диоде наблюдается наименьший спад напряжения — около 0,1В. В основном диоды шоттки используют в радио передающих и приемных устройствах и в других устройствах работающих в основном на высокой частоте. Принцип работы диода с первого взгляда достаточно простой: диод — полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью электрического тока. 

   Вывод диода подключенный к положительному полюсу источника питания называют анодом, к отрицательному — катодом. Кристалл диода в основном делают из германия или кремния одна область которого обладает электропроводимостью п — типа, то есть дырочная, которая содержит искуственно созданный недостаток электронов, друггая — проводимости н — типа, то есть содержит избыток электронов, границу между ними называют п — н переходом, п — в латыни первая буква слова позитив, н — первая буква в слове негатив. Если к аноду диода подать положительное напряжение, а к катоду отрицательное — то диод будет пропускать ток, это называют прямым включением, в таком положении диод открыт, если подать обратное — диод ток пропускать не будет, в таком положении диод закрыт, это называют обратным подключением. 

   Обратное сопротивление диода очень большое и в схемах его принимают ка диэлектрик (изолятор). Продемонстрировать работу полупроводникового диода можно собрать простую схему которая состоит из источника питания, нагрузки (например лампа накаливания или маломощный электрический двигатель) и самого полупроводного диода. Последовательно подключаем все компоненты схемы, на анод диода подаем плюс от источника питания, последовательно диоду, то есть к катоду диода подключаем один конец лампочки, другой конец той же лампы подключаем к минусу источника питания. Мы наблюдаем за свечением лампы, теперь перевернем диод, лампа уже не будет светится поскольку диод подключен обратно, переход закрыт. Надеюсь каким то образом это вам поможет в дальнейшем, новички — А. Касьян (АКА).

   Форум для начинающих

   Форум по обсуждению материала ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

Диоды. For dummies / Хабр

Введение


Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.
(wikipedia)

Все диоды можно разделить на две большие группы: полупроводниковые и неполупроводниковые. Здесь я буду рассматривать только первую из них.

В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.

Два слова о зонной теории проводимости твердых тел

Прежде, чем начать разговор о p-n переходе, стоит обговорить некоторые теоретические моменты.

Считается, что электроны в атоме расположены на различном расстоянии от ядра. Соответственно, чем ближе электрон к ядру, тем сильнее связь между ними и тем большую энергию надо приложить, чтобы отправить его «в свободное плаванье». Говорят, что электроны расположены на различных энергетических уровнях. Заполнение этих уровней электронами происходит снизу вверх и на каждом из них может находиться не больше строго определенного числа электронов (атом Бора). Таким образом, если уровень заполнен, то новый электрон не может на него попасть, пока для него не освободится место. Чтобы электрон мог перейти на уровень выше, ему нужно сообщить дополнительную энергию. А если электрон «падает» вниз, то излишек энергии освобождается в виде излучения. Электроны могут занимать в атоме только сторого определенные орбиты с определенными энергиями. Орбиты эти называются

разрешенными. Соответственно, запрещенными называют те орбиты (зоны), в которых электрон находиться не может. Подробнее об этом можно почитать по ссылке на атом Бора выше, здесь же примем это как аксиому.

Самый верхний энергетический уровень называется валентным. У большинства веществ он заполнен только частично, поэтому электроны внешних подуровней других атомов всегда могут найти на нем себе место. И они действительно хаотично мигрируют от атома к атому, осуществляя таким образом связь между ними. Нижний слой, в котором могут перемещаться свободные электроны, называют

зоной проводимости. Если валентная зона частично заполнена и электроны в ней могут перемещаться от атома к атому, то она совпадает с зоной проводимости. Такая картина наблюдается у проводников. У полупроводников валентная зона заполнена целиком, но разница энергий между валентным и проводящим уровнями у них мала. Поэтому электроны могут преодолевать ее просто за счет теплового движения. А у изоляторов эта разница велика, и чтобы получить пробой, нужно приложить значительную энергию.

Такова общая картина энергетического строения атома. Можно переходить непосредственно к p-n переходу.

p-n переход

Начнем с того, что полупроводники бывают n-типа и p-типа. Первые получают легированием четырехвалентного полупроводника (чаще всего кремния) пятивалентным полупроводником (например, мышьяком). Эту пятивалентную примесь называют

донором

. Ее атомы образуют четыре химических связи с атомами кремния, а пятый валентный электрон остается свободным и может выйти из валентной зоны в зону проводимости, если, например, незначительно повысить температуру вещества. Таким образом, в проводнике n-типа возникает избыток электронов.

Полупроводники p-типа тоже получаются путем легирования кремния, но уже трехвалентной примесью (например, бором). Эта примесь носит название

акцептора. Он может образовывать только три из четырех возможных химических связей. А оставшуюся незаполненной валентную связь принято называть дыркой. Т.е. дырка — это не реальная частица, а абстракция, принятая для более удобного описания процессов, происходящих в полупроводнике. Ее заряд полагают положительным и равным заряду электрона. Итак, в полупроводнике p-типа у нас получается избыток положительных зарядов.

В полупроводниках обоих типов кроме основных носителей заряда (электроны для n-типа, дырки для p-типа) в наибольшом количестве присутствуют неосновные носители заряда: дырки для n-области и электроны для p-области.

Если расположить рядом p- и n-полупроводники, то на границе между ними возникнет диффузный ток. Произойдет это потому, что с одной стороны у нас чересчур много отрицательных зарядов (электронов), а с другой — положительных (дырок). Соответственно, электроны будут перетекать в приграничную область p-полупроводника. А поскольку дырка — место отсутствия электрона, то возникнет ощущение, будто дырки перемещаются в противоположную сторону — к границе n-полупроводника. Попадая в p- и n-области, электроны и дырки рекомбинируют, что приводит к снижению количества подвижных носителей заряда. На этом фоне становятся ясно видны неподвижные положительно и отрицательно заряженные ионы на границах полупроводников (от которых «ушли» рекомбинировавшие дырки и электроны). В итоге получим две узкие заряженные области на границе веществ. Это и есть p-n переход, который также называют обедненным слоем из-за малой концентрации в нем подвижных носителей заряда. Естественно, что здесь возникнет электрическое поле, направление которого препятствует дальнейшей диффузии электронов и дырок. Возникает

потенциальный барьер, преодолеть который основные носители заряда смогут только обладая достаточной для этого энергией. А вот неосновным носителям возникшее электрическое поле наоборот помогает. Соответственно, через переход потечет ток, в противоположном диффузному направлении. Этот ток называют дрейфовым
. При отсутствии внешнего воздействия диффузный и дрейфовый ток уравновешивают друг друга и перетекание зарядов прекращается.

Ширина обедненной области и контактная разность потенциалов границ перехода (потенциальный барьер) являются важными характеристиками p-n перехода.

Если приложить внешнее напряжение так, чтобы его электрическое поле «поддерживало» диффузный ток, то произойдет снижение потенциального барьера и сужение обедненной области. Соответственно, ток будет легче течь через переход. Такое подключение внешнего напряжения называют прямым смещением.

Но можно подключиться и наоборот, чтобы внешнее электрическое поле поддерживало дрейфовый ток. Однако, в этом случае ширина обедненной зоны увеличится, а потенциальный барьер возрастет. Переход «закроется». Такое подключение называют обратным смещением. Если величина приложенного напряжения превысит некоторое предельное значение, то произойдет пробой перехода, и через него потечет ток (электроны разгонятся до такой степени, что смогут проскочить через потенциальный барьер). Эта граничная величина называется напряжением пробоя.

Все, конец теории, пора перейти к ее практическому применению.

Диоды, наконец-то


Диод, по сути, одиночный p-n переход. Если он подключен с прямым смещением, то ток через него течет, а если с обратным — не течет (на самом деле, небольшой дрейфовый ток все равно остается, но этим можно пренебречь). Этот принцип показан в условном обозначении диода: если ток направлен по стрелке треугольника, то ему ничего не мешает, а если наоборот — то он «натыкается» на вертикальную линию. Эта вертикальная линия на диодах-радиоэлементах обозначается широкой полосой у края.

Помню, когда я была глупой студенткой и впервые пришла работать в цех набивки печатных плат, то сначала ставила диоды как бог на душу положит. Только потом я узнала, что правильное расположение этого элемента играет весьма и весьма значительную роль. Но это так, лирическое отступление.

Диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику.

Области применения диодов


  1. Выпрямление пременного тока. Основано оно именно на свойстве диода «запираться» при обратном смещении. Диод как бы «срезает» отрицательные полуволны.
  2. В качестве переменной емкости. Эти диоды называются варикапами.

    Здесь используется зависимость барьерной емкости перехода от обратного смещения. Чем больше его значение, тем шире обедненная область p-n перехода. Ее можно представить себе как плоский конденсатор, обкладками которого явялются границы области, а сама она выступает в качестве диэлектрика. Соответственно, чем толще «слой диэлеткрика», тем ниже барьерная емкость. Следовательно, изменяя приложенное напряжение можно электрически менять емкость варикапа.
  3. Для стабилизации напряжения. Принцип работы таких диодов заключается в том, что даже при значительном увеличении внешнего падения напряжения, падение напряжения на диоде увеличится незначительно. Это справедливо и для прямого, и для обратного смещений. Однако напряжение пробоя при обратном смещении намного выше, чем прямое напряжение диода. Таким образом, если нужно поддерживать стабильным большое напряжение, то диод лучше включать обратно. А чтобы он сохранял работоспособность, несмотря на пробой, нужно использовать диод особого типа — стабилитрон.

    В прямосмещенном режиме он будет работать подобно обычному выпрямляющему диоду. А вот в обратносмещенном не будет проводить ток до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет так называемого напряжения стабилитрона, при котором диод сможет проводить значительный ток, а напряжение будет ограничено уровнем напряжения стабилитрона.
  4. В качестве «ключа» (коммутирующего устройства). Такие диоды должны уметь очень быстро открываться и закрываться в зависимости от приложенного напряжения.
  5. В качестве детекторов излучения (фотодиоды).

    Кванты света передают атомам в n-области дополнительную энергию, что приводит к появлению большого числа новых пар электрон-дырка. Когда они доходят до p-n перехода, то дырки уходят в p-область, а электроны скапливаются у края перехода. Таким образом, происходит возрастание дрейфового тока, а между p- и n-областями возникает разность потенциалов, называемая фотоЭДС. Величина ее тем больше, чем больше световой поток.
  6. Для создания оптического излучения (светодиоды).

    При рекомбинации дырок и электронов (прямое смещение) происходит переход последних на более низкий энергетический уровень. «Излишек» энергии выделяется в виде кванта энергии. И в зависимости от химического состава и свойств того или иного полупроводника, он излучает волны того или иного диапазона. От состава же зависит и эффективность излучения.

Немного экзотики

Не стоит забывать о том, что p-n переход — одно из явлений микромира, где правит балом квантовая физика и становятся возможными странные вещи. Например,

туннельный эффект

— когда частица может пройти через потенциальный барьер, обладая меньшей энергией. Это становится возможным благодаря неопределенности соотношения между импульсом и координатами частицы (привет, Гейзенберг!). Этот эффект лежит в основе

туннельных диодов

.


Чтобы обеспечить возможность «просачивания» зарядов, их делают из вырожденных полупроводников (содержащих высокую концентрацию примесей). В результате получают резкий p-n переход с тонким запирающим слоем. Такие диоды маломощные и низкоинерционные, поэтому их можно применять в СВЧ-диапазоне.

Есть еще одна необычная разновидность полупроводниковых диодов — диоды Шоттки.

В них используется не традиционный p-n переход, а переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки. Барьер этот возникает в том случае, когда разнятся величины работы выхода электронов из металла и полупроводника. Если n-полупроводник имеет работу выхода меньше, чем контактирующий с ним металл, то приграничный слой металла будет заряжен отрицательно, а полупроводника — положительно (электронам проще перейти из полупроводника в металл, чем наоборот). Если же у нас контакт металл/p-полупроводник, причем работа выхода для второго выше, чем для первого, то получим положительно заряженный приграничный слой металла и отрицательно заряженный слой полупроводника. В любом случае, у нас возникнет разность потенциалов, с помощью которой работы выхода из обоих контактирующих веществ сравняются. Это приведет к возникновению равновесного состояния и формированию потенциального барьера между металлом и полупроводником. И так же, как и в случае p-n перехода, к переходу металл/полупроводник можно прикладывать прямое и обратное смещение с аналогичным результатом.

Диоды Шоттки отличаются от p-n собратьев низким падением напряжения при прямом включении и меньшей электрической емкостью перехода. Таким образом, повышается их рабочая частота и понижается уровень помех.

Заключение

Само собой, здесь рассмотрены далеко не все существующие виды диодов. Но надеюсь, что по написанному выше можно составить достаточно полное суждение об этих электронных компонетах.

Источники:
ru.wikipedia.org
mda21.ru
elementy.ru
femto.com.ua

PIN-диоды для чайников. Часть 1 / Хабр

PIN-диод представляет собой полупроводниковую структуру, состоящую из сильнолегированных p+ и n+ областей и разделяющего их слаболегированного слоя – слоя собственной проводимости (intrinsic).  Благодаря наличию этого слоя, т.н. «базы», pin-диод является плохим выпрямителем и находит применение в СВЧ-технике. В данной статье рассмотрены аспекты использования pin-диодов в СВЧ-схемах для практических применений, то есть только необходимые разработчику данные, чтобы максимально точно выполнить проектирование. Статья  не претендует на сколько-либо научный труд, а является скорее справочником и сборником разрозненной информации о pin-диодах. Особое внимание уделено особенностям использования pin-диодов на высоком уровне СВЧ-мощности, таких как вопросы пробоя, влияния высокочастотного поля на режим работы диода и проблемы тепловыделения, которые являются ключевыми для разработчика мощных приборов.

Режимы работы pin-диода

Диод открыт

В этом состоянии через него протекает постоянный ток IF, а внешнее воздействие называется прямым смещением.  Зная падение напряжения UDC на диоде (~1 В), необходимо резистором ограничить ток в цепи смещения. Для такого включения диода положительный контакт источника должен быть подключен к аноду диода. В таком состоянии диод представляет собой постоянный резистор RS (~1 Ом) для СВЧ тока. Существует зависимость RS от величины IF и она носит обратно пропорциональный характер, а наличие этой зависимости позволяет использовать диод как электрически управляемый аттенюатор. Область собственной проводимости заполнена носителями заряда, которые имеют некоторое конечное время жизни т. Важно, чтобы период колебаний СВЧ-поля был меньше этого времени, тогда высокочастотное поле не будет влиять на режим работы диода. Также в ряде случаев можно учесть паразитные емкости и индуктивности корпуса или просто индуктивности выводов L диода. Они могут быть либо измерены, либо предоставлены производителем.

Диод закрыт

К аноду приложено отрицательное напряжение, ток через диод не течет, за исключением тока утечки IR (~мкА). Носители заряда в базе отсутствуют. Диод представляет собой плоскопараллельный конденсатор, обкладками которого являются p и n области, а диэлектриком – база. Для СВЧ-поля диод в таком состоянии является емкостью, то есть имеет большое реактивное сопротивление, уменьшающееся с ростом частоты и самого значения емкости:

Кроме того, параллельно емкости включен резистор RP (~кОм), который определяет потери СВЧ-энергии. Иногда в литературе этот резистор рассматривают как включенный последовательно емкости, и тогда он имеет величину, примерно равную RS.

При нулевом смещении на диоде в базе присутствует объемный заряд, который рассасывается при увеличении отрицательного напряжения. Тогда же и емкость стремится к своему конечному значению и после некоторого момента перестает зависеть от значения отрицательного напряжения. В зависимости от конструкции диода емкость может достигать «насыщения» как при единицах вольт отрицательного напряжения смещения, так и нескольких нескольких десятках вольт. В отличие от емкости, величина параллельного резистора увеличивается при увеличении обратного напряжения на диоде.

Основные параметры pin-диодов

Общие параметры

  • Толщина базы W, мкм

  • Паразитные параметры корпуса/выводов (обычно учитывают только индуктивность выводов L, нГн). В дальнейшем рассматриваться не будут, так как необходимы на этапе подробного компьютерного моделирования

  • Тепловое сопротивление θ, °С/Вт. Определяет нагрев диода при выделении на нем мощности, как СВЧ, так и мощности цепей управления

  • Максимальная температура кристалла диода

Для открытого состояния

  • Последовательное сопротивление RS, Ом

  • Время жизни носителей заряда в базе τ (~нс). Зависит от толщины базы и концентрации носителей

Для закрытого состояния

  • Емкость C, пФ. Типичные значения 0,01 – 1 пФ

  • Максимальное обратное напряжение VB – напряжение пробоя. Определяется типом полупроводника и толщиной базы

  • Обратное сопротивление RP, кОм

Частотные ограничения работы pin-диода

Открытое состояние

Модуляция режима работы диода СВЧ-волной в данном режиме отсутствует, при условии, что рабочая частота превышает критическую частоту, равную

Физически это означает, что носители заряда из-за своей инерционности просто не успевают реагировать на изменение СВЧ-поля. При этом и время жизни зарядов, и время переключения диода из одного состояния в другое превышают период волны. Иногда считают, что частота СВЧ-волны должна превышать величину 10/t.

 Закрытое состояние

 Для данного режима работы диода существуют две критических частоты: снизу

где r и e — параметры базы (релаксационная частота диэлектрика), а сверху — резонансной частотой емкости закрытого диода и индуктивности L выводов.

Тепловое ограничение работы pin-диода

Ключевым моментом работы диода в открытом состоянии является тепловыделение на нем. Мощность, которую необходимо рассеять, складывается из двух составляющих: постоянного тока цепи смещения PDC = UDC x IF и потерь СВЧ-энергии из-за потерь на RS (I2RF x RS). Второе для разных вариантов включения диода в СВЧ-схему рассчитывается по-разному. Эти две составляющие в сумме не должны превышать максимальной рассеиваемой мощности диода и допускать его перегрева. При работе в импульсном режиме необходимо создать такие условия, чтобы диод после прохождения импульса успел остыть за то время, когда импульса нет. Из всех широко применяемых полупроводников худшей теплопроводностью обладает арсенид галлия, поэтому вопрос теплоотвода является одним из ключевых при работе с ним.

Зная тепловое сопротивление диода, можно рассчитать его нагрев исходя из рассеиваемой на нем мощности. Данная температура не должна превышать максимальной для данного типа полупроводника или заданной производителем. Например, для кремния максимальная неразрушающая температура равна примерно 150°С, для карбида кремния – до 500°С. Рассчитана рабочая температура диода может быть так:

где TA – температура окружающей среды или радиатора.

Иногда при работе диода в импульсном режиме используют понятие импульсного теплового сопротивления. Она может быть подставлена в формулу, приведенную выше. Эта характеристика должна быть предоставлена производителем и представлять собой семейство зависимостей θ от времени импульса при различных скважностях. Если такой характеристики нет, то для импульсного режима можно использоваться следующее выражение:

где tИМП – длительность импульса, tПЕР – период повторения импульса, tВР – временная температурная постоянная. Последняя может быть рассчитана как сумма температурных постоянных отдельных слоев (пьедестала, полупроводника, платы и т.п.):

где r – плотность материала, C – удельная теплоемкость (Дж/г×°С), K – теплопроводность (Вт/см×°С), l – толщина слоя, см.

продолжение следует…

Использованная литература

  1. Microsemi corp. The PIN diode circuit designers’ handbook.

  2. Skyworks solution inc. Design with PIN diodes.

  3. О.Г.Вендик, М.Д.Парнес. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию).

  4. Г.С.Хижа, И.Б.Вендик, Е.А.Серебрякова. СВЧ фазовращатели и переключатели.

  5. Г.Уотсон. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение.

  6. А.В.Вайсблат. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых приборах.

  7. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет. Под редакцией И.В.Мальского и Б.В.Сестрорецкого.

  8. R.Caverly and G.Hiller. Establishing the minimum reverse bias for a p-i-n diode in a high-power switch.

  9. Н.Т.Бова, Ю.Г.Ефремов, В.В.Конин. Микроэлектронные устройства СВЧ.

  10. MA-COM tech. Comparison of Gallium Arsenide and Silicon PIN diodes for High Speed Microwave Switches.

Лавинно-пролётный диод — Физическая энциклопедия

ЛАВИННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИОД — полупроводниковый диод, обладающий отрицательным дифференциальным сопротивлением в СВЧ-диапазоне вследствие развития т. н. лавинно-пролётной неустойчивости. Последняя обусловлена ударной ионизацией и дрейфом носителей заряда в р-n-переходе в режиме обратного смещения (см. р-п-переход). Идея, лежащая в основе работы Л—п. д., сформулирована в 1958 У. Т. Ридом (W. Т. Read). Генерация на Л—п. д. впервые наблюдалась в СССР в 1959 А. С. Тагером с сотрудниками [1]. Физ. принцип работы Л—п. д. можно пояснить на примере диода Рида (рис. 1). Диод состоит из сильно легированного р+ -эмиттера и неоднородно легированной n-базы (рис. 1, а). Узкий слой n-базы вблизи рп-перехода легирован сильно (n+-слой), остальная часть базы легирована слабо (n-слой). Распределение поля в такой структуре для обратного напряжения (U0, большего, чем напряжение пробоя Ui, показано на рис. 1 (б). При этом напряжённость поля в области рn-перехода превышает поле ударной ионизации Ei и вблизи рn-перехода генерируются электроннодырочные пары (область умножения). Дырки быстро пролетают к электроду сквозь узкий сильно легированный эмиттер, не оказывая существенного влияния на работу прибора. Электроны, покинув область умножения, пролетают затем протяжённую слабо легированную п-область (область дрейфа).

В области умножения и в области дрейфа электроны движутся с одной и той же, не зависящей от напряжённости поля дрейфовой скоростью — скоростью насыщения [2]. Значение поля Es, при к-ром дрейфовая скорость электронов насыщается, составляет для электронов в Si и GaAs величину 104 В/см, значительно меньшую значения поля в области умножения Еi (3-5) 105 В/см. Характерное значение 107 см/с.

Пусть помимо пост. напряжения U0 к диоду приложено перем. напряжение U частотой (рис. 2, а). С ростом напряжения U происходит резкое увеличение концентрации носителей в области умножения вследствие экспоненциального характера зависимости коэф. ударной ионизации от поля [2]. Однако т. к. скорость роста концентрации электронов пропорц. уже имеющейся в области умножения концентрации п, момент, когда п достигает максимума, запаздывает по отношению к моменту, когда максимума достигает напряжение на диоде (рис. 2, б). В условиях, когда vs не зависит от поля, ток проводимости в области умножения Iс пропорц. концентрации п: S(e — заряд электрона, S — площадь диода). Поэтому кривая на рис. 2 (б) представляет собой также и зависимость тока IС в области умножения от времени.

Когда напряжение на диоде спадает и концентрация носителей в области умножения резко уменьшается, ток на электродах прибора I (полный ток) остаётся постоянным (рис. 2, в). Сформировавшийся в области умножения сгусток электронов движется через область дрейфа с пост. скоростью. Пока сгусток электронов не уйдёт в контакт, ток через диод остаётся постоянным (теорема Рамо — Шокли) [3]. Из сравнения рис. 2, а и 2, в видно, что ток, протекающий через Л—п. д., колеблется практически в противофаэе с напряжением, т. е. имеет место отрицат. дифференциальное сопротивление.

Отрицат, дифференциальное сопротивление Л—п. д. является частотно-зависимым. Время пролёта носителей через область дрейфа , где L -длина области дрейфа, практически равная полной длине диода. Сдвиг фаз между током и напряжением п может быть реализован только на частоте (и на гармониках). Более точный расчёт устанавливает соотношение между и L:

Механизм возникновения отрицат. дифференциального сопротивления является малосигнальным: колебания спонтанно нарастают в резонаторе, настроенном на соответствующую частоту , при подаче на диод достаточно большого пост. смещения.

Наиб. мощные и эффективные Л—п. д., предназначенные для работы в сантиметровом диапазоне и длинноволновой части миллиметрового диапазона длин волн, изготавливаются из GaAs, а для работы на более высоких частотах — из Si. Перспективно использование InP и др. соединений типа АIII BV , а также гетероструктур и сверхрешёток.

Для создания Л—п. д. используются диффузия и ионная имплантация примесей, эпитаксиальное наращивание (см. Эпитаксия ),напыление металла в вакууме.

Л—п. д.- наиб. мощный полупроводниковый прибор для генерации и усиления эл—магн. колебаний на частотах до 400 ГГц. Л.- п. д. из GaAs на частоте 6 ГГц в непрерывном режиме обеспечивают выходную мощность Р=15 Вт при 30%; на частоте 40 ГГц Р 2 Вт при 20%. Кремниевые Л—п. д. позволяют получить Р1 Вт на частоте 100 ГГц и 50 мВт на частоте 200 ГГц и 2 мВт на частоте 440 ГГц.

Лит.: 1)Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М., Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ, М., 1968; 2) 3 и С., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 2, М., i984; 3) Кэррол Дж., СВЧ-генераторы на горячих электронах, пер. с англ., М., 1972.

М. Е. Левинштейн, Г. С. Симин.

      Предметный указатель      >>   

Как работают диоды и что такое диодный мост?

Здравствуйте друзья!  Каждый день мы встречаем огромное число людей, людей с которыми мы общаемся, живем, учимся или ходим не работу. Готов поспорить что как минимум половина людей с которыми вы общаетесь имеет смутное представление о диодах, и это не смотря на то  что понятие диодов входит в школьную программу .

Возможно что такое понятие как диодный мост вызывает точно такие же ассоциации как и Бруклинский.  Я все-таки думаю, что эта статья в какой-то степени уменьшит подобные ассоциации в головах людей и принесет чуточку понимания, по крайней мере я на это надеюсь.

Ну что? Заинтересовал? Тогда поехали.

[contents]

О чем сегодня статья

Как вы наверное поняли из вступления сегодняшняя статья  будет ориентирована на новичков. И сегодня я освещу сакральную тему, свет которой будет освещать  полупроводниковые приборы под названием диоды.

Как работает диод

Как работает диод? Многих новичков интересует данный вопрос и многие учителя в школах и вузах начинают чертить на доске электрические схемы и временные диаграммы.  Я считаю что это полная фигня, так  как пока ты  не получишь практический опыт ты не достигнешь полного понимания и весь наукоемкий фарш останется лишь непонятными каракулями на доске.

Так что же я этим хочу сказать? А сказать я хочу,что нужно просто брать в руки паяльник и идти вперед —  превращать теорию в ценный практический опыт!

Хорошо, а теперь обсудим немного теорию.

На электрических схемах диоды изображаются как равнобедренный  треугольник на одной из вершин которого размещается черточка. Это словесное описание условного  графического обозначения диода (принятое сокращение УГО). Графически  это обозначение выглядит вот так.

У диода всего два вывода и обозначаются они катод и анод.  На условном обозначении диода вывод катода всегда обозначен «палочкой», а треугольник можно представить как стрелка указывающая на черточку катода.

Впрочем так диоды обозначаются на электрических схемах.  В жизни диоды могут быть разными, к примеру могут быть как на этих картинках.

Как определить на каком выводе у диода анод, а на каком катод? В принципе это можно определить визуально, по маркировке.

Как правило катод на корпусе диода обозначается полоской, точкой или чертой. Если сомневаетесь то катод и анод можно определить с помощью мультиметра. О том как пользоваться мультиметром  и в частности как проверить диод мультиметром я писал здесь, так что почитаете и разберетесь — ничего сложного.

Диоды примечательны тем, что обладают односторонней проводимостью. Это значит что электрический ток «потечет» через диод только в том случае если к аноду приложить  плюс (более положительный потенциал ) а к катоду приложить минус (более отрицательный  потенциал). В обратной ситуации у вас ничего не получится. Подобное поведение диода определяется таким понятием как ВАХ.

Что означает ВАХ диода?

ВАХ диода это просто напросто вольтамперная характеристика диода. Она описывает зависимость тока от напряжения прикладываемого к диоду.  Давайте рассмотрим это обстоятельство чуток подробнее.

Слева у нас показан вольтамперной характеристики для резистора. Как видите, зависимость тока от напряжения линейная, чем больше напряжение приложенное к резистору  тем больше ток.

Для диода кривая зависимости явно отличается. Если мы подключим к аноду положительный потенциал, а к катоду отрицательный  и будем плавно повышать напряжение то будет происходить следующее. Ток в начальный момент времени будет очень мал поэтому диод еще не будет открыт по полной. Но если мы будем прибавлять напряжение то это приведет к полному открытию диода.

Хорошо, а что же случится если мы подключим диод иначе? Положительный потенциал приложим к катоду, а отрицательный к аноду. В этом случае график ВАХ диода у нас буквально перевернется и картина будет следующая. При плавном повышении напряжения ток будет повышаться, но величина тока будет настолько незначительной, что им зачастую пренебрегают. Этот ток при обратном подключении называют еще током утечки.

Только есть здесь один нюанс.  Если мы будем и дальше повышать обратное напряжения на диоде, то можно добиться резкого повышения тока. На вольтамперной характеристике этот момент выглядит в виде небольшого «хвостика» причудливо оттопыренного в конце. Это так называемый обратимый пробой диода. Такой пробой не страшен, если напряжение уменьшить то ток снова уменьшится и будет вновь очень незначительным. Явление подобного обратимого пробоя является  побочным и  для диода его всегда стараются сводить к минимуму.

Как видите всю эту информацию мы получили лишь используя график ВАХ, но будет полезно все это проверить своими руками на практике. Действительно, соберите несложную схему и  сделайте несколько замеров мультиметром, это пойдет на пользу. Вот только диод нужно уметь правильно подключать, ато ведь его легко можно пожечь, так что читайте дальше -поведаю обо всем.

Для чего используют диоды и как включать в цепь?

О том как функционирует диод мы поговорили, вот только пока непонятно как его можно применять и вообще для чего все это.

Для начала рассмотрим простейший пример включения диода в электрическую цеп, причем в переменке. 

И для начала простой вопрос, зачем здесь резистор? Внимательный читатель посмотрит вольтамперную характеристику диода и все станет ясно. Ток в диоде без дополнительной нагрузке начнет очень быстро расти, возникнет подобие короткого замыкания от чего диоду может не поздоровиться. Дабы не произошло подобного конфуза применяют токоограничивающий резистор.

Свойство односторонней проводимости диода применяется не просто широко а повсеместно. В состав любого блока питания входят диоды как сами по себе так и в составе диодного моста. Ведь в любом блоке питания происходит один очень важный момент, а именно происходит превращение переменного тока в постоянный. А вот эту ответственную миссию берут на себя именно диоды. Полное превращение мы рассмотрим когда будем обсуждать диодные мосты, но как ведет себя диод в переменном токе мы сейчас увидим. Схема все та же что и была, диод и резистор включенные в цепь переменного тока.

Вот вам наглядный пример в виде временной диаграммы зависимости тока от напряжения до и после применения диода.

 

 

Как видите произошел очень интересный момент, нижние полупериоды диод просто срезал, оставив холмики положительной полярности.  Это уже более похоже на постоянку, можно еще кстати использовать конденсатор для лучшего сглаживания.

Хотя диод и справляется с задачей выпрямления переменного тока, все-таки с этой задачей диодный мост справится лучше, кстати диодный мост мы сейчас и рассмотрим.

Как построить  диодный мост?

При использовании одиночного диода в целях выпрямления переменки остаются ощутимые провалы в диаграмме. Этого нужно как-то избегать, а вот избежать этого явления нам поможет диодный мостик.

Диодный мост это не один диодик а целых четыре, включенных специальным образом. На электрических схемах додные мосты выглядят вот таким незамысловатым образом.

Кликните чтобы увеличить

И диодный мост отчасти позволяет решить проблему провалов, возникающую при использовании одиночного диода.

 

Как видите диодный мост работает на каждом полупериоде синусоиды, организуя такие холмики положительной полярности. Это уже более похоже на постоянку, хотя постоянный здесь только знак  положительного потенциала. О постоянном напряжении здесь пока говорить рано. Далее вид выходного напряжения еще можно будет скорректировать используя стабилитрон и конденсатор. Правда о конденсаторах мы сегодня разговаривать не будем, а как работает стабилитрон рассмотрим в следующих статьях так что не пропустите и обязательно подпишитесь.

Ну чтож, на этом у меня все, поэтому я буду закругляться и пойду готовить материалы для новых статей. Также очень советую подписаться через форму Email рассылок, тогда вы точно ничего не пропустите и более того каждый подписчик получит от меня подарок.

Желаю вам удачи , успехов и до новых встреч.

С н/п Владимир Васильев.

Как работает диод для чайников. Что такое диод, стабилитрон, варикап, тиристор, светодиод

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:
  • Корпус . Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
  • Катод . Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
  • Подогреватель . Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
  • Анод . Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
  • Кристалл . Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Диод является одной из разновидностей приборов, сконструированных на полупроводниковой основе. Обладает одним p-n переходом, а также анодным и катодным выводом. В большинстве случаев он предназначен для модуляции, выпрямления, преобразования и иных действий с поступающими электрическими сигналами.

Принцип работы:

  1. Электрический ток воздействует на катод, подогреватель начинает накаливаться, а электрод испускать электроны.
  2. Между двумя электродами происходит образование электрического поля.
  3. Если анод обладает положительным потенциалом , то он начинает притягивать электроны к себе, а возникшее поле является катализатором данного процесса. При этом, происходит образование эмиссионного тока.
  4. Между электродами происходит образование пространственного отрицательного заряда, способного помешать движению электронов. Это происходит, если потенциал анода оказывается слишком слабым. В таком случае, частям электронов не удается преодолеть воздействие отрицательного заряда, и они начинают двигаться в обратном направлении, снова возвращаясь к катоду.
  5. Все электроны , которые достигли анода и не вернулись к катоду, определяют параметры катодного тока. Поэтому данный показатель напрямую зависит от положительного анодного потенциала.
  6. Поток всех электронов , которые смогли попасть на анод, имеет название анодный ток, показатели которого в диоде всегда соответствуют параметрам катодного тока. Иногда оба показателя могут быть нулевыми, это происходит в ситуациях, когда анод обладает отрицательным зарядом. В таком случае, возникшее между электродами поле не ускоряет частицы, а, наоборот, тормозит их и возвращает на катод. Диод в таком случае остается в запертом состоянии, что приводит к размыканию цепи.


Устройство


Ниже приводится подробное описание устройства диода, изучение этих сведений необходимо для дальнейшего понимания принципов действия этих элементов:

  1. Корпус представляет собой вакуумный баллон, который может быть изготовлен из стекла, металла или прочных керамических разновидностей материала.
  2. Внутри баллона имеется 2 электрода. Первый является накаленным катодом, который предназначен для обеспечения процесса эмиссии электронов. Самый простейший по конструкции катод представляет собой нить с небольшим диаметром, которая накаливается в процессе функционирования, но на сегодняшний день более распространены электроды косвенного накала. Они представляют собой цилиндры, изготовленные из металла, и обладающие особым активным слоем, способным испускать электроны.
  3. Внутри катода косвенного накала имеется специфический элемент – проволока, которая накаливается под воздействием электрического тока, она называется подогреватель.
  4. Второй электрод является анодом, он необходим для приема электронов, которые были выпущены катодом. Для этого он должен обладать положительным относительно второго электрода потенциалом. В большинстве случаев анод также имеет цилиндрическую форму.
  5. Оба электрода вакуумных приборов полностью идентичны эмиттеру и базе полупроводниковой разновидности элементов.
  6. Для изготовления диодного кристалла чаще всего используется кремний или германий. Одна из его частей является электропроводимой по p-типу и имеет недостаток электронов, который образован искусственным методом. Противоположная сторона кристалла также имеет проводимость, но n-типа и обладает избытком электронов. Между двумя областями имеется граница, которая и называется p-n переходом.

Такие особенности внутреннего устройства наделяют диоды их главным свойством – возможностью проведения электрического тока только в одном направлении.

Назначение


Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

  1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
  2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
  3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
  4. Переключатели , созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
  5. Создание диодной искрозащиты . Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Прямое включение диода


На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

  1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
  2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
  3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
  4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
  5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
  6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
  7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

Обратное включение диода


Теперь будет рассмотрен другой способ включения, во время которого изменяется полярность внешнего источника, от которого происходит передача напряжения:

  1. Главное отличие от прямого включения заключается в том , что создаваемое электрическое поле будет обладать направлением, полностью совпадающим с направлением внутреннего диффузионного поля. Соответственно, запирающий слой будет уже не сужаться, а, наоборот, расширяться.
  2. Поле, находящееся в p-n-переходе , будет оказывать ускоряющий эффект на целый ряд неосновных носителей заряда, по этой причине, показатели дрейфового тока останутся без изменений. Он будет определять параметры результирующего тока, который проходит через p-n-переход.
  3. По мере роста обратного напряжения , электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться достичь максимальных показателей. Он имеет специальное название – ток насыщения.
  4. В соответствии с экспоненциальным законом , с постепенным увеличением температуры будут увеличиваться и показатели тока насыщения.

Прямое и обратное напряжение


Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

  1. Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
  2. Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Работа диода и его вольт-амперная характеристика


Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

  1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
  2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
  3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
  4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
  5. По графику можно наблюдать , что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
  6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
  7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Основные неисправности диодов


Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

  1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного , который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
  2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
  3. Утечка , во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

  1. Тепловые пробои , которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
  2. Электрические пробои , возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

  1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
  2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

  1. Рост колебания атомов , входящих в состав кристалла.
  2. Попадание электронов в проводимую зону.
  3. Резкое повышение температуры.
  4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
  5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Диод — 2-электродный электровакуумный, полупроводниковый или газоразрядный прибор с односторонней проводимостью электрического тока: он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо — в другом. Это основное свойство диода используется, в частности, для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток.

Схематическое устройство диода:

Конструктивно диод представляет собой небольшую пластинку германия или кремния, одна область (часть объема) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть «дырочной» (содержащей искусственно созданный недостаток электронов), другая — электропроводимостью n-типа, то есть электронной (содержащей избыток электронов). Границу между ними называют p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах positiv — «положительный», и negativ — «отрицательный». Область p-типа исходного полупроводника такого прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

Принцип работы диода .


Если к диоду VD через лампу накаливания HL подключить батарею GB так, чтобы вывод положительного полюса батареи был соединен с анодом, а вывод отрицательного полюса с катодом диода (рис а), тогда в образовавшейся электрической цепи появится ток, о чем будет сигнализировать загоревшаяся лампа HL. Значение этого тока зависит от сопротивления p-n перехода диода и поданного на него постоянного напряжения. Такое состояние диода называют открытым, ток, текущий через него,- прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, благодаря которому диод оказался в открытом состоянии,- прямым напряжением Uпр.

Если полюсы батареи GB поменять местами, как показано на рис. б, то лампа HL не загорится, так как в этом случае диод находится в закрытом состоянии и оказывает току в цепи большое сопротивление. Небольшой ток через p-n переход диода в обратном направлении все же пойдет, но по сравнению с прямым током будет столь незначительным, что нить накала лампы даже не среагирует. Такой ток называют обратным током Iобр, а напряжение, создающее его,- обратным напряжением Uобр.

Можно ли опытным путем проверить эти свойства диода? Конечно, можно. Для этого понадобятся любой плоскостной диод, например из серий Д226, Д202, Д7, миниатюрная лампа накаливания, рассчитанная на ток накала 100…300 мА, например МН 3,5-0,14 (напряжение 3,5 В, ток накала 140 мА), и батарея 3336 (для плоского карманного электрического фонаря) или составленная из трех элементов 343 или 373. Соединять их между собой следует по схемам, приведенным на последнем рисунке. Попеременное изменение полярности включения батареи в цепь будет то открывать, то закрывать диод и тем самым автоматически зажигать и гасить лампу накаливания.

В таком опыте лампа накаливания выполняет двоякую роль: служит индикатором и ограничителем тока в цепи. При непосредственном прямом подключении батареи к диоду ток в цепи может оказаться столь значительным, что p-n переход перегреется и диод выйдет из строя.

Принцип устройства и работы так называемых точечных полупроводниковых диодов, например Д9, Д2, Д220, аналогичен. Площади p-n переходов полупроводниковых диодов в этом случае значительно меньше, чем у плоскостных диодов, поэтому и допустимые токи, текущие через них, меньше.

Главное отличие германиевых диодов от кремниевых в значении прямых напряжений, при которых они открываются и практически не оказывают заметного сопротивления текущим через них токам. Германиевые диоды открываются при прямом напряжении 0,1…0,15 В, а кремниевые — при 0,6…0,7 В.

Диод это — полупроводниковый прибор, который пропускает электрический ток только в одном направлении. Это очень краткое описание свойства диода и его работы и самое точное. Теперь давай разберемся подробнее, тем более, что с диода ты начинаешь свое знакомство с огромным семейством полупроводников. Что такое полупроводник? Из самого названия полупроводник, понятно, это проводящий на половину. В конкретном случае диод пропускает электрический ток только в одну сторону и не пропускает его в обратном направлении. Работает как система ниппель или золотник в камере автомобиля или велосипеда. Воздух, нагнетаемый насосом через золотник или ниппель поступает в камеру автомобиля и не выходит обратно за счет запирания его золотником. На рисунке изображен диод так как его обозначают на электрических схемах.

В соответствии с рисунком, треугольник (анод) показывает в какую сторону проходит электрический ток от плюса к минусу диод будет «открыт», соответственно со стороны вертикальной полосы (катода) диод будет «заперт».

Это свойство диода используется для преобразования переменного тока в постоянный для этого из диодов собирается диодный мост .

Диодный мост

Как работает диодный мост. На следующем рисунке изображена принципиальная схема диодного моста. Обрати внимание, что на вход диодного моста подается переменный ток, на выходе уже получаем постоянный ток. Теперь давай разберемся как происходит преобразование переменного тока в постоянный.


Если ты читал мою статью “Что такое переменный ток” ты должен помнить, что переменный ток меняет свое направление с определенной частотой. Проще говоря, на входных клеммах диодного моста, плюс с минусом будут меняться местами с частотой сети (в России эта частота составляет 50 Герц), значит (+) и (-) меняются местами 50 раз в секунду. Допустим в первом цикле на клемме “А” будет положительный потенциал (+) на клемме “Б”отрицательный (-) . Плюс от клеммы “А” может пройти только в одном направлении по красной стрелке, через диод “Д1” на выходную клемму со знаком (+) и далее через резистор (R1) через диод “Д3” на минус клеммы “Б”. В следующем цикле когда плюс и минус поменяются местами, все произойдет с точностью до наоборот. Плюс с клеммы “Б” через диод “Д2” пройдет на выходную клемму со знаком (+) и далее через резистор (R1) через диод “Д4” на минус клеммы “А”. Таким образом получаем на входе выпрямителя постоянный электрический ток который движется только в одном направлении от плюса к минусу (как в обычной батарейке). Этот способ преобразования переменного тока в постоянный используется во всех электронных устройствах которые питаются от электрической сети 220Вольт. Кроме диодных мостов собранных из отдельных диодов применяют электронные компоненты в которых для удобства монтажа выпрямительные диоды заключены в один компактный корпус. Такое устройство называют “диодная сборка” .


Диоды бывают не только выпрямительные. Есть диоды проводимость которых зависит от освещенности их называют “фотодиоды” обозначаются они так —

Выглядеть могут так —


Светодиоды, тебе хорошо известны, они встречаются и в елочной гирлянде и в мощных прожекторах и фарах автомобилей. Н схеме они обозначаются так —

Выглядят светодиоды так —

Как проверить диод

Проверить диод можно обычным мультиметром — как пользоваться мультиметром в этой статье , для проверки переключаем тестер в режим прозвонки . Подключаем щупы прибора к электродам диода, черный щуп к катоду



(на корпусах современных диодах катод обозначен кольцевой меткой), красный щуп подключаем к аноду (как ты уже знаешь диод пропускают напряжение только в одну сторону) сопротивление диода будет маленьким т.е. цифры на приборе будут иметь значение большое значение.

Переключаем щупы прибора наоборот —


Сопротивление будет очень большим практически бесконечным. Если у тебя все получится так как я написал, диод исправен, если в обоих случаях сопротивление очень большое значит “диод в обрыве” неисправен и не пропускает напряжение вообще, если сопротивление очень маленькое значит диод пробит и пропускает напряжение в обоих направлениях.

Как проверить диодный мост

Если диодный мост собран из отдельных диодов, каждый диод проверяют отдельно, как было описано выше. Выпаивать каждый диод из схемы не обязательно, но лучше отключить плюсовой или минусовой вывод выпрямителя от схемы.

Если нужно проверить диодную сборку, где диоды находятся в одно корпусе и добраться до них невозможно, поступаем следующим образом,

Подключаем один щуп мультимерта к плюсу диодной сборки, а вторым поочередно касаемся к выводам сборки куда подается переменный ток. В одном направлении прибор должен показать малое сопротивление при смене щупов в обратном направлении очень большое сопротивление. После чего также проверяем выпрямитель относительно минусового выхода. Если при измерении показания в обоих направления будут малыми или большими диодная сборка неисправна. Этот способ проверки применяют, когда проводится ремонт электроники .

Высокочастотные диоды, импульсные, туннельные, варикапы все эти диоды широко применяются в бытовой и специальной аппаратуре. Для того, чтобы понять и разобраться, как правильно применять и где какие использовать диоды, необходимо совершенствовать свои знания изучать специальную литературу и конечно не стесняться задавать вопросы.

Диод (Diode -eng. ) – электронный прибор, имеющий 2 электрода , основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную .

То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем , а при передаче в другую , сопротивление многократно увеличивается , не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается .

Диоды бывают электровакуумные , газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые . Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

Конструкция диодов .

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия ), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа , то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов дырочная »)), другая обладает электропроводимостью n-типа , то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов электронной »)).

Слой между ними называется p-n переходом . Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный », и positive — «положительный ». Сторона p-типа , у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа катодом (отрицательным электродом) диода.

Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания , таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле .


При разогреве , электроны отделяются от одного электрода (катода ) и начинают движение к другому электроду (аноду ), благодаря электрическому магнитному полю . Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде . Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах , где присутствует высоковольтная составляющая.

Диоды на основе германия , более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.

Типы диодов:
  • · Смесительный диод — создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.
  • · pin диод — содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор .
  • · Лавинный диод — применяется для защиты цепей от перенапряжения . Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.
  • · Лавинно-пролётный диод — применяется для генерации колебаний в СВЧ -технике. Основан на лавинном умножении носителей заряда.
  • · Магнитодиод . Диод, характеристики сопротивления которого зависят от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода .
  • · Диоды Ганна . Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.
  • · Диод Шоттки . Имеет малое падение напряжения при прямом включении.
  • · Полупроводниковые лазеры .

Применяются в лазеростроении , по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне .

  • · Фотодиоды . Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения . Применяются в датчиках света , движения и т.д.
  • · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей ) . При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток .
  • · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения .
  • · Туннельные диоды , использующие квантовомеханические эффекты . Применяются как усилители , преобразователи , генераторы и пр.
  • · (диоды Генри Раунда, LED ). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света .

Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом , инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, и космической сфере).

  • · Варикапы (диод Джона Джеумма ) Благодаря тому, что закрытый p-n-переход обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения . Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью .

вибросито назначение и принцип работы

Вибрационное сито — Википедия

Вибрацио́нное си́то (вибросито, грохот) — (англ. “shale shaker”, “vibrating screen”) просеивающий аппарат, применяемый в различных отраслях промышленности (нефтяной, горной, пищевой и пр.).Термин «вибрационное сито» при этомвибросито назначение и принцип работыАгрегаты Устройство и принцип работы.Вибрационное сито или вибросито используется для фракционного разделения Для подачи растворной смеси к месту назначения используется данная Принципвибросито назначение и принцип работы вибросито назначение и принцип работы назначение и принцип работы вибросита продаж принцип ультравирес принцип действия и виды. Болееполучить цену. принципы и принцип действия вибрационный грохот назначение и принцип работы вибросита продаж принцип ультравирес принцип действия и виды.и принцип действия виды и принципы и источники назначение и принцип работы вибросита. виброситоназначение и принцип работы виброситовибросито назначение и принцип работы вибросито описание и принцип работывибросито описание и принцип работы Мельница Цена Получить Цена вибросито, вибросито вс 2м, грохота назначение, устройство и .

Система смазки двигателя: назначение, устройство и принцип

Устройство и принцип работы системы смазки двигателя Система смазки в двигателе необходима для уменьшения силы трения между его подвижными деталями.вибросито назначение и принцип работыназначение и принцип работы вибросито. Круглое вибросито, Круглое вибросито поставляем нашим клиентам,Эта страница обо Круглое вибросито,Вы можете узнать Круглое вибросито Принцип работы.вибросито принцип Назначение, конструкция, принцип действия. условия работы,.карта сайта. билки принцип работы схема цена вибросито свп 0 8 1 назначение и эксплот.назначение и устройство вибросита назначение и принцип работы вибросито. Круглое вибросито, Круглое вибросито поставляем нашим клиентам,Эта страница обо Круглое вибросито,Вы можете узнать Круглое вибросито Принцип работы.вибросито принципвибросито назначение и принцип работы назначение и устройство виброситаНазначение, конструкция, принцип действия. условия работы,.карта сайта. билки принцип работы схема цена вибросито свп 0 8 1 назначение и эксплот.

вибросито описание и принцип рабо

вибросито описание и принцип рабо Принцип работы. Коническая часть конусной дробилки совершает внутри статической чаши вращение. Принимая вибросито назначение и принцип работыназначение и принцип работы вибросита вибросито принцип действия устройство и принцип работы вибрационного сита Вибрационные сита (вибросита) устройстваназначение и принцип работы вибросита принцип работы схема вибросита. назначение и принцип работы вибросита. вибросито назначение и принцип работы Назначение и принцип, определенного вида работ (частей, Вибросито для песка .вибросита принцип работы принцип работы схема вибросита. назначение и принцип работы вибросита. вибросито назначение и принцип работы Назначение и принцип, определенного вида работ (частей, Вибросито для песка .принцип действия виброситавибросито назначение и принцип работы Воздушные компрессоры: устройство, принцип работы, назначениеГлавным отличием такой установки от винтового и других типов оборудование является достаточно простое устройство поршневого компрессора и принцип его работы.

Газораспределительный Механизм (ГРМ): Устройство, Принцип

Что такое ГРМ, как устроен газораспределительный механизм, какие функции выполняет ивибросито назначение и принцип работыВентилятор радиатора применяется для отведения излишков тепла, возникающего в процессе работы двигателя, и его более эффективного охлаждения.Вентилятор охлаждения двигателя: назначение и принцип работы Устройство и принцип работы аспиратора где проводятся пылеобразующие работы, отбор проб воздуха следует осуществлять в рабочей зоне Устройство и принцип работы аспиратора Вибросито -Принцип работы : Двигатель дискового виброгрохота можно установить с левой и с . Круглое вибросито, принцип работы круглого вибросита, применение Принцип работы.виброгрохот принцип работывибросито назначение и принцип работы Что такое транзистор: его виды, назначение и принципы работыОпределение транзистора. Виды приборов, их назначение и применение. Какие книги по

Вентилятор охлаждения двигателя: назначение и принцип работы

Вентилятор радиатора применяется для отведения излишков тепла, возникающего в процессе работы двигателя, и его более эффективного охлаждения.вибросито назначение и принцип работыУстройство и принцип работы аспиратора где проводятся пылеобразующие работы, отбор проб воздуха следует осуществлять в рабочей зоне Устройство и принцип работы аспиратора Вибросито -Принцип работы : Двигатель дискового виброгрохота можно установить с левой и с . Круглое вибросито, принцип работы круглого вибросита, применение Принцип работы.виброгрохот принцип работы Определение транзистора. Виды приборов, их назначение и применение. Какие книги поЧто такое транзистор: его виды, назначение и принципы работывибросито назначение и принцип работы Гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты, монтажДля выравнивания давления и уменьшения его на котельное оборудование устанавливается гидрострелка. Принцип работы, назначение и расчеты мы разберем в сегодняшнем обзоре.

Принцип работы трехходового крана и его конструкция

Принцип работы и устройство трехходового крана для систем отопления. В основе конструкции трехходового крана лежит обычный Т-образный тройник. Два входящих патрубка (на схеме справа ивибросито назначение и принцип работыПринцип работы диодов, устройство и назначение. Прямое и обратное включение. Работа диода и его вольт-амперная характеристика. Основные неисправности.Принцип работы диодов для чайников его устройство и пищевой и пр.). Термин «вибросито» при этом чаще применяют к установкам, используемым в нефтяной промышленности. Принцип работы вибросита заключается в Принцип работы вибросита. Обсуждение на LiveInternet Принцип работы вибросита. Обсуждение на LiveInternet . пищевой и пр.). Термин «вибросито» при этом чаще применяют к установкам, используемым в нефтяной промышленности.принцип работы виброситовибросито назначение и принцип работы вибросито принцип работыСтрой Тех Плюс Вибросито. Принцип работы заключается в том, что нерассев инертного заполнителя, попадая в короб вибросита, частично проходит через сетку и попадает на разгрузочный лист.

Редуктор: устройство, принцип работы, виды, назначение

Устройство и принцип работы. Редуктор без дополнений газовый или гидравлический, подразумевает механическое устройство для изменения угловой скорости и крутящего момента.вибросито назначение и принцип работы вибросито назначение и принцип работы

Изучение основ диода [Простое и быстрое объяснение, 2019]

Привет. Надеюсь, у тебя хорошая жизнь. В этом посте я поделюсь с вами всем, что знаю об основах диода. На мой взгляд, это особый компонент в изучении электроники, поскольку он является частью почти каждой электронной схемы, но при этом очень прост для понимания.

Прежде чем начать лекцию, позвольте мне кое-что вам сказать. Я люблю начинать лекцию с интересного вопроса, связанного с темой.Ответ кроется в теме лекции. Это занятие делает лекцию увлекательной и интересной. Студенты остаются сосредоточенными и пытаются узнать все, чтобы найти правильный ответ.

Вы также можете подумать о своих собственных вопросах. Я начну с вопроса, как переменное напряжение преобразуется в постоянное? В конце концов, если мы ответим на этот вопрос, у нас все хорошо, и я доволен.

Больше никаких разговоров, давайте начнем искать ответ на вопрос, как переменный ток преобразуется в постоянный?

Что такое диод?

Как и другие электронные устройства i.е. резисторы и конденсаторы, диод представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами, которое способно проводить электрический ток только в одном направлении.

Почти все источники в Интернете дают такое же определение. Я определяю это очень просто, как это просто переключатель, управляемый напряжением.

Причина, по которой я называю его переключателем, управляемым напряжением, заключается в том, что напряжение на его выводах определяет состояния включения / выключения. Если напряжение положительное, в случае идеального диода, диод включается.В случае кремниевого диода, он включается, если напряжение становится больше или равно 0,7 В. И для всех неположительных напряжений диод остается выключенным.

Оба определения верны и передают одну и ту же концепцию. Точнее, способность диода проводить электрический ток только в одном направлении делает его идеальным переключателем. Эта возможность также делает его основным строительным блоком для линейного источника питания.

В линейном источнике питания интересно посмотреть, как диод пропускает положительную часть волны переменного тока и блокирует отрицательную часть.(Подсказка к нашему вопросу, если хорошо помните)

Думаю, вы получили представление об основном определении диода.

Электрическое обозначение диода

Электрические символы электронных устройств играют очень важную роль в создании принципиальных схем. Как и у других электронных устройств, диод имеет свой уникальный электрический символ.

Ниже приведено электрическое обозначение диода с pn-переходом.

Это первый шаг в изучении основ диодов, чтобы определить символ диода и запомнить его.Есть много типов диодов. У каждого типа есть свой символ, но основной дизайн остается прежним. Вы разберетесь с ними, когда мы продолжим лекцию.

Вы видите, что две клеммы четко обозначены на приведенной выше диаграмме символов. Клеммы называются анодом и катодом. Анод является положительным, а катод — отрицательным.

Здесь возникает вопрос, как мы можем идентифицировать выводы в физическом диоде? Давайте найдем ответ в следующем разделе.

Физический диод

Мы узнали об определении диода. Теперь нам действительно нужно взглянуть на его реальный внешний вид. Так что мы можем идентифицировать его на различных платах электроники или просто использовать в наших собственных проектах электроники.

Ниже показано изображение диода в сочетании с его электрическим символом.

Понимаете, это как маленький черный цилиндр. Обратите внимание на серую линию. Серая линия всегда представляет катодный вывод.Это будет быстрый трюк, чтобы идентифицировать катодный вывод.

Вышеупомянутый диод — сквозной. Он используется в двусторонних печатных платах или в макетах для прототипирования. Кроме того, существует диод для поверхностного монтажа. Чтобы идентифицировать его катод, здесь также применима та же стратегия, то есть ищите серую линию.

А что, если серой линии нет?

Ответ — с помощью мультиметра. Теперь, как использовать мультиметр для определения выводов диода? Что ж, у меня тоже есть ответ.Но я делюсь такой дополнительной информацией только в моих частных коучинговых классах .

Двигаясь дальше, я думаю, было бы здорово, если бы вы сами смогли идентифицировать диод на следующем рисунке. Вы можете сказать, где его катодный вывод?

Надеюсь, вы получите правильные ответы.

Теперь мы узнали, как выглядит диод. Следующая интересная вещь, которую нужно узнать, — это то, как мы можем использовать это в наших схемах. Чтобы использовать его в цепи, сначала мы должны узнать, как мы можем включить его.Каковы условия, чтобы правильно включить его и использовать в наших схемах?

Ответ прямо здесь, в следующем разделе.

Диод прямого и обратного смещения

Если вы подаете положительное напряжение на анод и отрицательное напряжение на катод. Вы увидите, что через него начнет течь ток. И эта конкретная операция называется прямым смещением диода. Ток, протекающий в прямом смещении, называется прямым током диода.

Аналогичным образом, если вы подаете отрицательное напряжение на анод и положительное на катод, вы смещаете диод в обратном направлении.А ток, протекающий через диод при обратном смещении, является током утечки. Знаете, этот ток утечки слишком мал, но иногда мы его учитываем, а иногда пренебрегаем.

В области прямого смещения диод можно рассматривать как замкнутый переключатель. В области обратного смещения он действует как разомкнутый переключатель. Во многих схемах он используется в качестве переключателя из-за очень низких потерь мощности, надежности и стоимости.

Давайте поговорим немного заранее.

Диод будет в прямом смещении, если сетевое напряжение на клеммах положительное.То есть это прямое смещение, даже катод -10, а анод -5В.

Итак, чтобы использовать диод в цепи, вы должны сделать его прямое смещение, чтобы передать сигнал остальной цепи.

Мы дошли до этого, изучая основы диодов. У вас все хорошо. Теперь давайте посмотрим на соотношение напряжения прямого смещения и прямого тока диода в следующем разделе.

Кривая VI диода

График VI диода показывает соотношение между напряжением на диоде и прямым током через него.Это очень важная кривая для понимания. Как и у транзистора, диод имеет собственную кривую VI.

Ниже приведен график VI (источник: Sparkfun) диода. Посмотри на него, и я все объясню

В основном это называется кривой VI, потому что по оси X у вас есть напряжение, а по оси Y — ток. Зеленая область — это область прямого смещения. Вы можете видеть, что после VF (напряжение колена) прямой ток диода увеличился. Это означает, что диод включен и работает нормально.Колено напряжение различается для кремниевых (0,7 В) и германиевых (0,3 В) диодов.

Розовая область — это область обратного смещения. Вы можете видеть небольшой ток утечки в обратной области, но он слишком мал. В этом состоянии диод действует как разомкнутый переключатель, обеспечивающий разрыв цепи. Будьте осторожны, когда находитесь в обратном регионе. Не подавайте обратное напряжение больше VBR (напряжение в области пробоя). Если вы это сделаете, вы сожжете свой диод.

Теперь вы узнали, как использовать диод в цепи.Другое дело, как выбрать диод в соответствии с требованиями вашей схемы. Чтобы ответить на этот вопрос, вам нужно выбрать диод, способный выдерживать напряжение, ток и номинальную мощность в цепи.

Номинальные значения напряжения, тока и мощности диода

Для правильной работы любого устройства необходимо знать его номинальные ток, напряжение и мощность. Эти рейтинги говорят нам о минимальном и максимальном количестве упомянутых параметров, которые должны применяться к определенному устройству.

Номинальные значения тока диода говорят нам о минимальном и максимальном токе, который он может поддерживать.То же самое и с остальными параметрами.

Техническое описание — единственный источник, чтобы найти эти номиналы для любого диода. Таблицы данных создаются производителями, поэтому каждый может использовать их для идеального выполнения своих проектов, не повреждая ни одно устройство. Чтение таблицы очень важно, и иногда люди не понимают, как искать в ней конкретную информацию. Я помогу вам с этой проблемой

Я возьму пример с 1N4001 и покажу вам, как читать эти параметры из его таблицы данных.

  • Сначала вы загружаете техническое описание на свой диод.
  • Перейдите в раздел «Максимальные номинальные и электрические характеристики». Необязательно быть в точности таким. Но я думаю, вы поняли идею.

Чтение паспорта диода

Ниже приводится таблица данных для 1N4001. Вы можете увидеть на нем номинальное напряжение и ток?

В первой строке дано пиковое обратное напряжение. Это напряжение на диоде, когда он выключен (смещен в обратном направлении).Не подавайте больше этого напряжения, вы можете его сжечь.

Вторая строка дает ту же информацию, но в терминологии RMS. Среднеквадратичное значение обратного напряжения совпадает с напряжением блокировки постоянного тока. Пятая строка содержит информацию о максимальном прямом токе, с которым диод может безопасно справиться. Чтобы ограничить этот прямой ток, перед диодом помещается последовательный резистор.

Вы можете задаться вопросом о номинальной мощности, не так ли? Мы можем просто умножить ток и напряжение, чтобы получить требуемую мощность.В настоящее время номинальная мощность 1N4001 составляет 50 Вт (50 В x 1 А).

В шестой строке можно увидеть пиковый обратный ток. Здесь вы сами видите, что оно слишком низкое, как я уже говорил вам ранее. Всегда обращайтесь к техническому описанию вашего устройства. Не подавайте напряжение без надлежащей информации, вы можете повредить свое устройство.

Тестирование диодов

Тестирование диода — это проверка того, работает ли он правильно или нет. Легкий способ сделать это с помощью мультиметра.

Следующее видео объясняет пошаговый подход к проверке диода с помощью мультиметра.

Типы диодов

На рынке существует множество различных типов диодов. Принцип работы диодов практически такой же, но меняются их свойства. Некоторые диоды быстрее. Некоторые из них обладают большей способностью выдерживать мощность. Ниже приведен список всех различных диодов.

  1. Стабилитрон: позволяет току течь не только от анода к катоду, но и в обратном направлении. Используется в регуляторах напряжения.
  2. P-N диод
  3. Туннельный диод: Он очень быстро работает в диапазоне микроволновых частот.
  4. Варакторный диод: он действует как переменный конденсатор при обратном смещении.
  5. Диод Шоттки: это диод с переходом металл-полупроводник, который потребляет меньше энергии, чем диод с P-N переходом.
  6. Фотодиод: преобразует свет в электрический ток
  7. PIN-диод
  8. : подходит для аттенюаторов, быстрых переключателей, фотодетекторов и приложений силовой электроники высокого напряжения.
  9. Лазерный диод: генерирует когерентное излучение.

Применение диодов

Несмотря на то, что диоды являются простыми двухконтактными полупроводниковыми приборами, они жизненно важны в современной электронике. Почти каждая электронная схема имеет внутри диод. Вот некоторые из типичных применений диодов:

  • Преобразование переменного тока в постоянный (выпрямительные цепи)
  • Умножители напряжения
  • Защита многих других устройств
  • Отсечка и фиксация сигнала (цепи ограничителя и фиксатора)
  • Смесительные сигналы (Смесительные контуры)

1.Схема выпрямителя

Для правильной работы каждой цепи требуется питание. И поверьте мне, почти каждая схема работает от постоянного тока. Но все мы знаем, что в наши дома приходит переменный ток, а не постоянный ток. Нам нужен третий человек, чтобы преобразовать приходящий переменный ток в постоянный. Этот третий человек представляет собой схему выпрямителя.

Схема выпрямителя

преобразует переменный ток в постоянный, так что мы питаем устройства постоянного тока, такие как наши мобильные телефоны. Эта выпрямительная схема стала возможной благодаря изобретению диодов. Это отличное применение диодов.Без выпрямительной схемы мы не смогли бы преобразовать переменный ток в постоянный.

2. Множители напряжения

Иногда нам нужны разные уровни напряжения в одной цепи. Вместо проектирования отдельных источников питания используются схемы умножителей напряжения. Как указано в названии, умножители напряжения представляют собой комбинацию диодов и конденсаторов, которые создают высокие уровни напряжения от опорного уровня напряжения. Другими словами, умножители напряжения используются для получения высоких уровней постоянного напряжения из небольших уровней переменного напряжения.

3. Защита

Обеспечение защиты — одно из основных применений диода. Рассмотрим, например, вашу машину. Когда ваша батарея разряжается и дружелюбный прохожий предлагает помочь с перемычками, если вы перепутаете порядок красных и черных кабелей, вы не поджарите электрическую систему вашего автомобиля, потому что диоды, расположенные рядом с батареей, блокируют ток в неправильном направлении.

Использование силового транзистора или двигателя постоянного тока в вашем приложении: предварительный диод играет ключевую роль в защите других компонентов схемы от обратного тока.

4. Цепи машинки для стрижки и зажима

Clipper — это цепь ограничения, которая ограничивает выходное напряжение, в то время как фиксатор — это цепь, которая смещает уровень постоянного выходного напряжения. Ограничение амплитуды сигнала требуется в некоторых приложениях, в которых компоненты не могут выдерживать высокое напряжение. В то время как фиксатор используется, когда нам нужно кратное входному напряжению на выходной клемме.

5. Смесительный контур

Одна из простейших схем смесителя основана на двух диодах.Этот тип диода, известный как схема смесителя с одним сбалансированным диодом, обеспечивает подавление входных сигналов на выходе в результате того, что два входа сбалансированы.

Сводка

Лично мне очень интересно изучение основ диода. Я помню, как проектировал свою первую схему блока питания, диоды играли главную роль в этой схеме.

Хотя в то время у меня не было достаточно знаний об этом, но со временем я многому научился. И этот пост посвящен тому, что я узнал до сих пор, и буду обновлять его по мере того, как узнаю что-то новое об основах работы с диодами.

  • Диод представляет собой полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь в одном направлении
  • Есть два рабочих состояния диода 1) Состояние прямого смещения 2) Состояние обратного смещения
  • При использовании диода обязательно загрузите его техническое описание и проверьте его номинальные ток, напряжение и мощность.
  • Серая полоса на физическом диоде представляет катодный вывод.
  • Фактически вы можете проверить диод с помощью любого цифрового мультиметра.

Спасибо и удачной жизни.


Прочие полезные сообщения

Факты о диодах для детей

Анод и катод. Катод нанесен на корпус.

Диод — это электронный компонент с двумя электродами (соединителями), который позволяет электричеству проходить через него в одном направлении, а не в другом.

Диоды могут использоваться для преобразования переменного тока в постоянный (диодный мост). Они используются в источниках питания, а иногда и для декодирования радиосигналов с амплитудной модуляцией (например, в радиоприемнике на кристалле).Светодиоды (светодиоды) — это диоды, излучающие свет.

Сегодня наиболее распространенные диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний или иногда германий.

История

Первые типы диодов были названы клапанами Флеминга. Это были электронные лампы. Они были внутри стеклянной трубки (очень похожей на лампочку). Внутри стеклянной колбы была небольшая металлическая проволока и большая металлическая пластина. Маленькая металлическая проволока нагревается и выделяет электричество, которое улавливается пластиной.Большая металлическая пластина не нагревалась, поэтому электричество могло проходить через трубку в одном направлении, но не в другом. Клапаны Флеминга больше не используются, потому что они были заменены полупроводниковыми диодами, которые меньше, чем клапаны Флеминга. Томас Эдисон также обнаружил это свойство, когда работал над своими лампочками.

Строительство

Структура лампового диода

Полупроводниковые диоды состоят из двух типов полупроводников, соединенных друг с другом.У одного типа есть атомы с дополнительными электронами (так называемая n-сторона). У другого типа есть атомы, которым нужны электроны (так называемая p-сторона). Из-за этого электричество будет легко течь со стороны со слишком большим количеством электронов в сторону со слишком малым количеством электронов. Однако электричество не будет легко течь в обратном направлении. Эти разные типы сделаны легированием (полупроводник). Кремний с растворенным в нем мышьяком является хорошим полупроводником на n-стороне, а кремний с растворенным в нем алюминием — хорошим полупроводником на p-стороне.Другие химические вещества также могут работать.

Разъем на стороне n называется катодом, разъем на стороне p называется анодом.

Функция диода

Положительное напряжение на стороне p

Если вы подадите положительное напряжение на сторону p и отрицательное напряжение на сторону n, электроны на стороне n захотят перейти к положительному напряжению на стороне p, а отверстия на стороне p потребуются перейти к отрицательному напряжению на стороне n. Из-за этого ток может существовать, но для его запуска требуется определенное количество напряжения (очень небольшого напряжения недостаточно для протекания электрического тока).Это называется напряжением включения. Напряжение включения кремниевого диода составляет около 0,7 В. Германиевый диод требует напряжения включения около 0,3 В.

Отрицательное напряжение на стороне p

Если вместо этого вы подадите отрицательное напряжение на сторону p и положительное напряжение на сторону n, электроны стороны n захотят перейти к источнику положительного напряжения, а не к другой стороне диода. То же самое происходит на стороне p. Таким образом, ток не будет течь между двумя сторонами диода. Повышение напряжения в конечном итоге заставит электрический ток течь (это напряжение пробоя).Многие диоды будут разрушены обратным потоком, но некоторые из них могут выдержать это.

Влияние температуры

При повышении температуры снижается напряжение включения. Это облегчает прохождение электричества через диод.

Типы диодов

Есть много типов диодов. Некоторые из них имеют очень специфическое использование, а некоторые — множество применений.

Символы

Вот некоторые общие символы полупроводниковых диодов, используемые в принципиальных схемах:

Стандартный выпрямительный диод

Изменяет A / C (переменный ток, как в сетевой розетке в доме) на D / C (постоянный ток, используемый в электронике).Стандартный выпрямительный диод предъявляет особые требования. Он должен выдерживать большой ток, не сильно зависеть от температуры, иметь низкое напряжение включения и поддерживать быстрое изменение направления тока. Такие выпрямители используются в современной аналоговой и цифровой электронике.

Светодиод

Светодиод излучает свет, когда через него проходит электричество. Это более долговечный и более эффективный способ создания света, чем лампы накаливания. В зависимости от того, как он был изготовлен, светодиод может быть разного цвета.Светодиоды были впервые использованы в 1970-х годах. Светоизлучающий диод может в конечном итоге заменить лампочку, поскольку развивающиеся технологии делают ее ярче и дешевле (она уже более эффективна и служит дольше). В 1970-х годах светодиоды использовались для отображения чисел в таких приборах, как калькуляторы, и как способ показать, что питание было включено для более крупных приборов.

Фотодиод

Фотодиод — это фотодетектор (противоположность светодиода). Он реагирует на входящий свет. Фотодиоды имеют окно или оптоволоконное соединение, которое пропускает свет на чувствительную часть диода.Диоды обычно имеют сильное сопротивление; свет снижает сопротивление.

Стабилитрон

Стабилитрон похож на обычный диод, но вместо того, чтобы разрушаться большим обратным напряжением, он пропускает электричество. Напряжение, необходимое для этого, называется напряжением пробоя или напряжением Зенера. Поскольку он построен с известным напряжением пробоя, его можно использовать для подачи известного напряжения.

Варакторный диод

Варикап или варакторный диод используется во многих устройствах.Он использует область между p-стороной и n-стороной диода, где электроны и дырки уравновешивают друг друга. Это называется зоной истощения. При изменении величины обратного напряжения изменяется размер зоны истощения. В этой области есть некоторая емкость, и она изменяется в зависимости от размера зоны истощения. Это называется переменной емкостью, или сокращенно варикапом. Он используется в ФАПЧ (контурах фазовой автоподстройки частоты), которые используются для управления высокоскоростной частотой, на которой работает микросхема.

Ступенчатый восстанавливающий диод

Символ представляет собой символ диода с своеобразной заглушкой.Используется в цепях с высокими частотами до ГГц. Он очень быстро выключается при прекращении прямого напряжения. Для этого он использует ток, который течет после изменения полярности.

PIN диод

Конструкция этого диода имеет внутренний (нормальный) слой между n- и p-сторонами. На более низких частотах он действует как стандартный диод. Но на высоких оборотах он не успевает за быстрыми изменениями и начинает действовать как резистор. Внутренний слой также позволяет ему обрабатывать большие входные мощности и может использоваться в качестве фотодиода.

диод Шоттки

Обозначается диодом с буквой «S» на пике. Вместо того, чтобы обе стороны были полупроводниками (например, кремнием), одна сторона — это металл, например алюминий или никель. Это снижает напряжение включения примерно до 0,3 В. Это примерно половина порогового напряжения обычного диода. Функция этого диода заключается в том, что неосновные носители не инжектируются — на n-стороне есть только дырки, но не электроны, а на p-стороне есть только электроны, а не дырки. Поскольку он чище, он может реагировать быстрее, без диффузионной емкости, которая может его замедлить.Кроме того, он создает меньше тепла и более эффективен. Но есть утечка тока с обратным напряжением.

Когда диод переключается с протекающего тока на неподвижный, это называется переключением. В типичном диоде это занимает десятки наносекунд; это создает некоторый радиошум, который временно ухудшает качество радиосигналов. Диод Шоттки переключается за небольшую часть этого времени, менее наносекунды.

Диод туннельный

В условном обозначении туннельного диода в конце обычного обозначения есть своеобразная дополнительная квадратная скобка.

Туннельный диод состоит из сильно легированного pn-перехода. Из-за этого высокого уровня легирования существует только очень узкая щель, через которую могут проходить электроны. Этот туннельный эффект проявляется в обоих направлениях. После прохождения определенного количества электронов ток через зазор уменьшается, пока не начнется нормальный ток через диод при пороговом напряжении. Это вызывает область отрицательного сопротивления. Эти диоды используются для работы с действительно высокими частотами (100 ГГц).Также они устойчивы к радиации, поэтому их используют в космических кораблях. Они также используются в микроволновых печах и холодильниках.

Обратный диод

Символ имеет на конце диода знак, похожий на большой I. Он сделан аналогично туннельному диоду, но n- и p-слой не легированы так высоко. Это позволяет току течь в обратном направлении с небольшими отрицательными напряжениями. Его можно использовать для выпрямления низкого напряжения (менее 0,7 В).

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR)

Вместо двух слоев, как у обычного диода, он состоит из четырех слоев, в основном это два диода, соединенных вместе с затвором посередине.Когда напряжение проходит между затвором и катодом, включается нижний транзистор. Это позволяет протекать току, который активирует верхний транзистор, и тогда ток не нужно будет включать с помощью напряжения затвора.

Детские картинки

  • Кремниевый диод крупным планом. Анод находится справа; катод находится слева (там, где он отмечен черной полосой). Между двумя выводами виден квадратный кристалл кремния.

  • Электронная лампа с двумя силовыми диодами

  • Крупный план германиевого точечного диода EFD108 в корпусе из стекла DO7, демонстрирующий острый металлический провод ( кошачий усик ), который образует полупроводниковый переход.

  • ВАХ (ток в зависимости от напряжения) диода p – n-перехода

  • Диод с PN переходом в режиме прямого смещения, ширина обеднения уменьшается. Оба p- и n-переходы легированы на уровне легирования 1e15 / см3, что приводит к встроенному потенциалу ~ 0,59В. Обратите внимание на различные квазиуровни Ферми для зоны проводимости и валентной зоны в n- и p-областях (красные кривые).

  • Схема базового блока питания переменного тока в постоянный

  • Этот простой диодный зажим будет фиксировать отрицательные пики входящего сигнала до напряжения общей шины

Диоды 101: что они делают и как работают?

Диоды — важные средства защиты чувствительных компонентов в случае неожиданных скачков напряжения, но как они работают? Как использовать диоды? А чьим диодам можно доверять?

Что такое диод?

На самом базовом уровне диод — это компонент, который создает улицу с односторонним движением для электрических токов, протекающих по цепи.Направляя и блокируя эти токи, диоды предотвращают скачки напряжения и другие незапланированные эффекты от повреждения чувствительных компонентов. Они также играют важную роль в обработке сигналов, особенно в радиочастотных приложениях.

Первые диоды были изобретены в начале 20 века компаниями беспроводного телеграфа. С тех пор диоды стали важными компонентами ранней радиотехнологии — хотите верьте, хотите нет, но сегодняшние цифровые устройства были бы невозможны без этих небольших (но мощных) компонентов.

Что делает диод?

Диоды — бесценный актив в современной технологии, потому что они пропускают ток только в одном направлении. Когда ток течет вперед от анода диода к его катоду, диод действует как оголенный провод и пропускает ток. Когда тот же самый ток течет в противоположном направлении, диод становится мощным резистором и блокирует проход.

Таким образом, защита электроники — одно из наиболее распространенных применений диодов.

Электромагнитные компоненты, такие как двигатели и реле, при выключении высвобождают накопившиеся заряды, отправляя токи обратно по цепи, где они могут повредить чувствительные части. Диод, установленный между двигателями и реле, будет направлять этот ток от остальной цепи.

Обработка радиосигналов (из-за чего были изобретены диоды) до сих пор широко используются в диодах. Выходя за рамки AM-радио старой школы, диоды также интегрированы во множество современных устройств, от телевизоров до микроволновых печей и даже спутников связи.

Как работает диод?

Современные диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий или арсенид галлия. Производители полупроводников вводят в эти материалы определенные примеси, чтобы придать диоду его особые свойства.

Этот процесс «легирования» создает в диоде три области. Во-первых, на аноде имеется положительно заряженная p-область, в которой легирование создает большое количество электронных дырок. Кроме того, на катоде имеется отрицательно заряженная n-область, где легирование создает большое количество свободных электронов.Они встречаются в p-n-переходе, где электроны n-области перепрыгивают, чтобы заполнить электронные дырки p-области — это создает третью «обедненную область», которая действует как изолятор и препятствует протеканию тока.

Прямое смещение

Диод «смещен в прямом направлении», когда ток течет от положительного анода к отрицательному катоду. В идеальном случае ток устраняет обедненную область и проходит через диод, как если бы его там не было.

На самом деле, диоду требуется начальное напряжение, называемое прямым напряжением (Vf), чтобы он начал работать.По сути, настоящий диод действует как идеальный диод, соединенный последовательно с резистором, создавая небольшое, но заметное падение напряжения. В наиболее распространенных сигнальных диодах Vf составляет около 0,7 В.

Однако следует остерегаться температуры — Vf диода будет уменьшаться при повышении температуры. В некоторых случаях вы можете превратить эту температурную чувствительность в функцию. Например, в статье на Hackaday объясняется, как использовать эту характеристику для создания однодиодного датчика температуры.

Обратное смещение

Когда через диод протекает ток в противоположном направлении, от катода к аноду, это называется «обратным смещением».Вышеупомянутая обедненная область становится еще больше, превращая диод в мощный резистор и блокируя прохождение тока.

Однако у каждого электронного компонента есть предел, и диоды не исключение. Порог диода определяется так называемым напряжением пробоя (Vbr). После этого Vbr обедненная область перестает работать, освобождая обратный ток, чтобы течь по цепи и наносить ущерб, что часто приводит к выгоранию, связанному с синим дымом.

Символ диода

Символ диода напоминает боковой треугольник с вертикальной полосой на конце.Треугольник указывает направление тока прямого смещения, а полоса представляет собой блокирующее действие диода при обратном смещении тока.

Поскольку диоды поляризованы, вам нужно знать, как их вставить в ваши схемы. Из-за этого упаковка диода будет иметь полосу на катодном конце, как и вертикальная полоса в символе диода.

Какие бывают диоды?

Диоды в конструкции электронных схем имеют два основных различия: силовые диоды и сигнальные диоды.В этих широких категориях вы найдете всевозможные узкоспециализированные диоды, созданные для решения конкретных задач. Некоторые диоды также могут генерировать свет — метко названные «светодиоды» или «светодиоды», как их чаще называют, — но это достаточно большая тема для отдельной статьи.

Силовые диоды

Подавление перенапряжения, как мы говорили ранее, является одним из методов использования силовых диодов. Помимо блокировки индуктивных скачков напряжения от таких компонентов, как двигатели, вы также можете использовать диоды для предотвращения электростатического разряда (ESD).Это искра, которую вы иногда видите, когда подключаете зарядное устройство к телефону — эта маленькая вспышка посылает мгновенный скачок напряжения 15000 вольт прямо на ваше устройство, а это защитный диод от электростатического разряда, который предохраняет ваш любимый телефон от перегрева.

Еще одно повседневное применение силовых диодов можно найти в зарядном устройстве вашего телефона. Силовые диоды помогают преобразовывать переменный ток (AC), выходящий из стены, в постоянный ток (DC), который используется принимающей электроникой.

Диоды сигнальные

Сигнальные диоды работают с гораздо меньшими токами и напряжениями.Этот тип диодов используется в схемах, обрабатывающих аналоговые сигналы, и в некоторых случаях эти приложения помогают остальной части схемы лучше выполнять свою работу.

Забавный эксперимент, демонстрирующий, как работают сигнальные диоды, — это самодельный AM-радио, состоящий из провода, металлического стержня, диода и динамика. Использование незаземленного провода в качестве антенны преобразует входящую радиоволну в переменный ток. Так же, как и приходящая радиоволна, этот ток имеет постоянную частоту быстрых колебаний между пиками и минимумами напряжения.Размер этих пиков и впадин (он же амплитуда) является сигналом, который имеет значение, к сожалению, сам по себе, эти волны имеют тенденцию гасить друг друга в наушниках. Однако включение диода блокирует впадины и позволяет пикам проходить через наушники для преобразования в аудиосигнал.

Другой способ обработки аналоговых сигналов диодами — защита чувствительной электроники от слишком сильных сигналов. Например, диоды в цепи ограничителя будут отключать сигналы, когда напряжение выходит за пределы определенной точки.В зависимости от конструкции схемы, она ограничивает как положительные, так и отрицательные напряжения, либо то и другое одновременно.

Разработчик

Instructables gmoon демонстрирует, как схема с диодным ограничителем может придать гитарному усилителю звук, более похожий на ламповый.

Диоды специальные

Производители могут выбирать материалы, чтобы придать диодам особые свойства, чтобы схемы работали лучше.

Диод Шоттки, например, имеет очень низкое прямое напряжение. Если типичный сигнальный диод имеет Vf 0.7 В, Vf диода Шоттки может упасть до 0,15 В. Поставщик электроники для хобби SparkFun рекомендует диоды Шоттки, «когда нужно беречь до последнего бита напряжения».

Стабилитрон

— это своего рода антидиод. Производители конструируют стабилитроны так, чтобы через них протекали обратные токи, не повреждая диод. Диод будет блокировать ток с обратным смещением, пока напряжение остается ниже определенной точки. После этого стабилитрон пропускает ток при постоянном напряжении стабилитрона (Vz).

Кто делает диоды?

По данным исследовательской компании Technavio, продажи одних только дискретных диодов приносят более 3 миллиардов долларов в год. Рынок лазерных диодов стоит еще 55 миллиардов долларов. Это кое-что говорит о том, насколько ценны эти крошечные компоненты для современной электроники.

Однако, в отличие от некоторых отраслей, рынок диодов фрагментирован, и поэтому на нем не доминирует горстка крупных игроков. Некоторые известные надежные поставщики качественных диодов включают:

Эти компании продают продукцию производителям по всему миру, но их продукты можно приобрести в меньших количествах у торговых посредников, таких как Mouser Electronics или DigiKey Electronics.Менее известные производители диодов, такие как Chanzon и T&F Electronics, имеют хорошую репутацию среди клиентов Amazon.

Кто вы рекомендуете источник высококачественных диодов? Какие особенности вы ищете, чтобы найти надежного поставщика диодов? Поделитесь с нами в комментариях ниже!

Как работает диод? (Часть 2 — Прямое смещение) -…

В нашем обсуждении pn перехода мы упоминали, что pn переход является основой для диодов. Диоды — одно из наиболее широко используемых устройств в электронике, и они способны проводить ток в одном направлении при прямом смещении и блокировать его в другом направлении при обратном смещении.В этом уроке мы обсудим базовую структуру диода и узнаем, как работать с ним в условиях прямого смещения.

Базовая структура диода

Полупроводниковый диод — это устройство с двумя выводами, в котором половина его легирована как p-область, а другая половина — как n-область. Между p- и n-областями находятся pn-переход и обедненная область. Область p называется анодом, а область n называется катодом, и каждый из них подключен к проводящему выводу.

Прямое смещение

Смещение в основном означает приложение постоянного напряжения к электронному компоненту, и, как упоминалось ранее, диод может быть с прямым или обратным смещением. В состоянии прямого смещения ток может проходить через pn переход. Но одно требование для прямого смещения диода состоит в том, что отрицательная сторона внешнего напряжения смещения должна быть подключена к катоду или n-области диода, а положительная сторона внешнего напряжения смещения — к аноду или p-области.Второе требование: внешнее напряжение смещения должно быть больше барьерного потенциала. Когда эти два требования соблюдены, диод смещен в прямом направлении.

Теперь, когда диод смещен в прямом направлении, отрицательная сторона внешнего напряжения смещения подталкивает основные носители в n-области, которые являются свободными электронами, к pn-переходу. Он также обеспечивает непрерывный поток электронов в n-область через внешнее соединение или проводник. Движение свободных электронов здесь называется электронным током.

С помощью внешнего напряжения смещения свободные электроны теперь могут преодолеть барьерный потенциал обедненной области и перейти в p-область. Внешнее напряжение смещения обеспечивает достаточно энергии, но поскольку для преодоления барьерного потенциала требуется очень много энергии, как только свободные электроны проходят через переход, они немедленно объединяются с дырками в валентной зоне и становятся валентными электронами. Затем после этого эти валентные электроны начинают двигаться к левому концу p-области, потому что они притягиваются к положительной стороне внешнего напряжения смещения.Дырки в p-области становятся путем для валентных электронов. Когда валентные электроны движутся влево, дырки, которые являются основными носителями в p-области, также перемещаются вправо в сторону перехода. Это движение дырок можно рассматривать как дырочный ток, или, мы также можем думать, что дырочный ток создается, потому что дырки обеспечивают путь, по которому валентные электроны могут перемещаться через p-область.

Когда валентные электроны покидают p-область и протекают через внешнее соединение или проводник, они оставляют дыры в p-области.Так что есть также постоянное наличие отверстий, движущихся к pn переходу. Валентные электроны также немедленно превращаются в свободные электроны, потому что, как мы обсуждали в нашем предыдущем уроке, электрону в проводнике почти не требуется энергии, чтобы перескочить из валентной зоны в зону проводимости, поскольку валентная зона и зона проводимости в перекрытии проводников.

Влияние прямого смещения на область истощения

Итак, что происходит с областью истощения, когда мы смещаем в прямом направлении диод? По мере того как больше электронов и дырок попадает в обедненную область, количество положительных и отрицательных зарядов уменьшается.Поскольку область истощения образовалась из-за двух слоев положительных и отрицательных зарядов, уменьшение количества положительных и отрицательных зарядов приводит к сужению области истощения.

Влияние барьерного потенциала при прямом смещении

Когда диод смещен в прямом направлении, внешнее напряжение смещения передает энергию свободным электронам, чтобы они могли преодолеть барьерный потенциал. Теперь эти электроны отдают количество энергии, равное потенциалу барьера, когда они пересекают область обеднения.В результате на pn переходе будет падение напряжения, которое обычно составляет около 0,7 В, и дополнительное падение напряжения из-за внутреннего сопротивления. Внутреннее сопротивление называется динамическим сопротивлением и обычно игнорируется, поскольку оно очень мало. Вы заметите это падение напряжения из-за барьерного потенциала, когда начнете работать с диодами.

Энергетическая диаграмма при условии прямого смещения

С точки зрения энергетической диаграммы прямое смещение диода увеличивает плотность электронов в зоне проводимости его n-области.Мы увидим, что уровни энергии валентной зоны и зоны проводимости в n-области повышены, позволяя свободным электронам пересекать переход. Ключом к пониманию этого является то, что электроны хотят двигаться вниз, а дырки — вверх. Таким образом, при увеличении n-области электроны могут «упасть» в валентную зону или, если они обладают достаточной энергией, могут перейти непосредственно в зону проводимости материала p-типа. Также обратите внимание, что область истощения более узкая при прямом смещении равновесия.


Резюме

В этом руководстве мы обсудили базовую структуру диода и его работу в состоянии прямого смещения. Мы также обсудили, что происходит с обедненной областью во время прямого смещения, влияние барьерного потенциала и энергетическую диаграмму. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже, и если вы нашли это интересным или полезным, поставьте лайк и подпишитесь на наш канал!

Как работают диоды: вводное руководство

В этом посте рассматриваются основы работы диодов.

Диод — это самый простой полупроводниковый прибор. Он имеет два вывода и действует как односторонний затвор для электрического тока. Диоды имеют множество применений, о некоторых из которых мы поговорим позже.

Мы начнем наше руководство по работе диодов с очень быстрого обзора основ физики полупроводников. Это послужит основой, на которой работают все диоды.

Полупроводники не являются хорошими проводниками или изоляторами. Однако их сопротивление можно контролировать с помощью процесса, называемого легированием, для увеличения или уменьшения сопротивления.Вот почему полупроводники так полезны.

Чистый полупроводник необходимо модифицировать легированием для придания ему желаемых качеств. Легирование добавляет в материал примесные атомы.

В электронике есть два основных типа полупроводниковых материалов: n-тип и p-тип.

Легирование кремния (или германия) будет определять, является ли материал материалом n-типа или p-типа.

Материал N-типа и P-типа

Для производства полупроводникового материала n-типа производитель добавляет различные количества мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других пятивалентных элементов.

Пятивалентность означает, что есть пять электронов в самой внешней оболочке (валентной оболочке) атома. Когда пятивалентное вещество добавляется к чистому кремнию, четыре из пяти электронов будут связаны с атомами кремния, а пятый будет свободным электроном. Рисунок ниже иллюстрирует это.

Рис. 1: Атом мышьяка находится посередине. Обратите внимание на дополнительный электрон.

Пятый электрон на картинке выше не является частью ковалентных связей (как четыре других) и требует небольшого количества энергии, чтобы освободиться.

Для производства полупроводникового материала p-типа производитель добавляет различные количества алюминия, галлия, бора, индия и других веществ.

Сценарий аналогичен изображенному на картинке, только вместо лишнего электрона у нас появилась дополнительная дырка.

Отверстия подобны положительным зарядам. Другой способ думать о дыре — это отсутствие электрона. Глядя на диаграмму выше, представьте, что атом As теперь является атомом Al. Все электроны в валансной оболочке атома Al будут участвовать и связываться с атомами кремния.Но поскольку все Al (и другие материалы) являются трехвалентными атомами, на месте четвертого электрона будет пустое пространство или «дыра».

Дырки движутся в направлении, противоположном направлению электронов. Это потому, что каждый раз, когда электрон движется в дыру, он создает за собой еще одну опору.

Как работают диоды: область истощения

Материалы N-типа и p-типа сами по себе мало пригодны.

Вместе они образуют соединение P-N.

Важно отметить, что производитель не создает отдельные материалы p-типа и n-типа, а затем склеивает их вместе. Скорее, каждая половина кремния была бы легирована соответствующим образом.

Область по обе стороны от диодного перехода — это обедненная область (также известная как область пространственного заряда). Эта область обеднена свободными электронами и дырками.

Это происходит, когда два материала встречаются. Электроны со стороны n-типа устремляются, чтобы заполнить пустые дыры со стороны p-типа.Это действие «раскрывает» положительные заряды в n-области, потому что дырки остаются, когда электроны мигрируют на другую сторону.

Точно так же дыры «перемещаются» со стороны p на материал n-типа и обнажают отрицательные заряды. См. Рисунок ниже.

Рисунок 2: сначала мы видим соединение P-N. Затем мы видим дырки и электроны, диффундирующие на другую сторону. Наконец, устанавливается область истощения.

Хотя весь диод электрически нейтрален, заряды в области истощения создают барьерный потенциал.Для кремния это около 0,7 В (при комнатной температуре), а для германия — около 0,3 В. Этот барьерный потенциал также известен как «диодное падение», и именно поэтому в кремниевом диоде под напряжением возникает падение 0,7 В. схема.

Как работают диоды: вы пристрастны?

Из-за барьерного потенциала для обеспечения проводимости необходимо напряжение определенной амплитуды и полярности (0,7 В для кремния). Эти напряжения представляют собой напряжения смещения. Напряжения смещения контролируют ширину обедненной области.Это контролирует сопротивление P-N перехода и количество тока, который может проходить через диод.

Диоды могут работать в режиме прямого или обратного смещения. Прямое смещение диода позволяет току течь, а обратное смещение диода блокирует протекание тока. Давайте обсудим это еще немного.

Все вышесказанное описывает теорию работы диодов. Но есть вероятность, что вы не будете изготавливать свой собственный материал P-N или диоды на своем стенде.

Станьте Создателем, которым вы были рождены.Попробуйте Arduino Academy БЕСПЛАТНО!

Ниже схематический символ типичного диода.

Рисунок 3: Схематическое изображение диода.

Анод — это положительная сторона (материал p-типа), а катод — отрицательная сторона (материал n-типа). Легкий способ запомнить это — это то, что линия на катодной стороне напоминает отрицательный знак, перевернутый на своем конце.

Когда источник напряжения подключается к диоду с отрицательным концом источника на катоде и положительным концом на аноде, диод смещается в прямом направлении.Другими словами, если сделать катод более отрицательным по отношению к аноду, диод будет смещен в прямом направлении.

Ранее вы могли прийти к выводу, что диод работает как переключатель.

Это правда.

Когда вы смещаете диод в прямом направлении, «переключатель» замыкается и через него течет ток, если приложенного потенциала достаточно для преодоления барьерного потенциала, установленного в области истощения.

Это иллюстрирует простая диаграмма ниже.

Рисунок 4: Прямое смещение диода.Резистор ограничивает ток до безопасного значения.

Если мы хотим узнать ток, протекающий через диод, мы можем использовать формулу

I = (V источник — V диод ) / R

В этом случае диод кремниевый, поэтому мы получаем

(10 — 0,7) / 1k = 9,3 мА

Как работают диоды: обратное смещение

Когда мы смещаем диод в обратном направлении, мы делаем катод более положительным по отношению к аноду. Это похоже на поворот источника 10 В, показанного на рисунке 4, на 180 градусов.Положительный конец источника теперь будет на катоде, а отрицательный конец на аноде.

Это увеличит ширину области истощения. Это происходит потому, что свободные электроны в n-области притягиваются к положительному выводу источника, оставляя дырки (положительные заряды). Кроме того, электроны с отрицательного вывода источника притягиваются к дыркам в p-области. Они заполняют дыры в этой области около перехода, создавая отрицательные ионы.

Обратите внимание, что очень небольшой ток, известный как ток утечки, все еще течет после обратного смещения диода, но, поскольку он составляет порядка наноампер или меньше, им можно пренебречь.

Если у вас возникли проблемы с представлением этого изображения, вам может помочь изображение ниже.

Рисунок 5: Принцип работы диода при обратном смещении.

Расширение области истощения будет продолжаться до тех пор, пока потенциал барьера не совпадет с потенциалом источника напряжения, как показано на рисунке.

См. Рисунок ниже для дальнейшего обсуждения.

Рисунок 6: Вольт-амперная характеристика диода.

В верхнем правом квадранте графика показан диод в прямом смещении (как показано на простой схеме на вставке), а в нижнем левом квадранте — в обратном смещении.

Обратите внимание на точку на оси x (положительное направление), где сила тока внезапно возрастает. Для кремниевых диодов это около 0,7 В. Это также напоминает форму человеческого колена и поэтому известно как напряжение в колене. Коленное напряжение — это просто еще одно название внутреннего барьерного потенциала диода. Вот почему мы видим огромный скачок тока, когда напряжение достигает 0,7 В. Конечно, данный диод может принимать только такой большой ток, поэтому он сгорит, если ток слишком сильно возрастет, как мы можем видеть на графике.

Глядя на обратные характеристики диода в нижнем левом квадранте графика, мы можем видеть, что диоды выполняют свою работу и ограничивают ток почти до нуля, пока мы не достигнем 50 В.

Эта точка также напоминает колено.

Точка на шкале обратного напряжения, при которой диод выходит из строя и становится проводящим, называется напряжением пробоя. Это напряжение, которое варьируется в зависимости от типа диода, также известно как пиковое обратное напряжение (PIV). Как и в прямом случае, если ток будет продолжать расти, диод в конечном итоге перегорит.

Обратите внимание, что кривая в целом нелинейна. Мы предполагаем, что барьерный потенциал для кремниевых диодов составляет 0,7 В, но точное значение требует учета нелинейности диода (и температуры окружающей среды) и использует экспоненты и более сложную математику.

Я не буду утомлять вас точными уравнениями, но при их использовании вы обнаружите, что значение достаточно близко к 0,7 В. Модель постоянного падения напряжения (предполагая 0,7 В для кремния) подходит для большинства приложений. Кроме того, использование модели постоянного падения позволяет быстро анализировать схемы, в которых используются диоды.Если бы вы использовали экспоненциальную модель, вы бы захотели использовать программу SPICE.

Есть несколько других моделей, таких как кусочно-линейная модель, которая пытается линеаризовать части кривой, идеальная модель, которая не предполагает никакого барьерного потенциала, и модель малого сигнала, которая полезна для определения сигнальной составляющей напряжения диода.

Возможно, мы поговорим об этих моделях подробнее в одном из следующих постов. А пока знайте, что вы обычно будете использовать модель постоянного падения.

Одно из наиболее распространенных применений диодов — преобразование переменного тока в постоянный.В блоке питания на вашем стенде, вероятно, используется мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов.

Диоды также находят применение в схемах ограничения (также известных как ограничители), которые ограничивают части формы сигнала, и ограничители, которые добавляют составляющую постоянного тока к форме сигнала. Зажимы также известны как восстановители постоянного тока.

Умножение напряжения — еще одно распространенное использование диодов (подумайте о электрошокере).

Диод особого типа, известный как стабилитрон, работает в области обратного пробоя, где он может служить простым стабилизатором напряжения.Стабилизатор напряжения обеспечивает определенное выходное напряжение независимо от нагрузки.

Диоды также являются хорошими подавителями переходных процессов. При работе с реле обычно рекомендуется подключить диод к катушке, чтобы поглотить переходные процессы, возникающие при схлопывании магнитного поля катушки.

Есть и другие применения диодов, к некоторым из которых мы вернемся более подробно в будущем.

Как работают диоды: это оболочка

Диоды — это самый простой полупроводниковый прибор с множеством применений.

Существует также множество различных типов диодов, с которыми вы, вероятно, столкнетесь или, по крайней мере, услышите о них.

Некоторые из них включают стабилитрон, Шоттки, PIN-диоды, туннельные диоды, варакторы, светодиоды, лазерные диоды и многое другое.

Какие умные применения вы нашли для диодов? Прокомментируйте и расскажите нам!

Станьте Создателем, которым вы были рождены. Попробуйте Arduino Academy БЕСПЛАТНО!

Ссылки:

  1. Cook, Nigel P.Вводная электроника постоянного и переменного тока, 4-е изд. Prentice Hall, 1999. Печать.
  2. Седра, Адель С. и Смит, Кеннет С. Микроэлектронные схемы, 5-е изд. Oxford University Press, 2004. Печать.

Что такое диод? — Определение и типы — Видео и стенограмма урока

Следуя за электрическим током

Очень похоже на использование карты улиц, инженеры-электрики используют схему , которая представляет собой документы, показывающие, как соединяются провода и компоненты.Большинство из нас не думают о схемах, когда включают фонарик или выключатель света в доме. Ради интереса давайте сконструируем фонарик.

Фонарик состоит из одной или нескольких ячеек (группы ячеек обычно называют батареей), переключателя, некоторого провода и лампочки. Практически так, как это было на протяжении столетия. Нарисуем схему этого фонарика.

Ток (оранжевый) покидает батарею со стороны + и течет по цепи.

Наша первая схема имеет батарею, несколько проводов (зеленые линии) и лампочку.Ток (оранжевые стрелки) покидает батарею со стороны «+» и течет по цепи. Это замкнутая цепь, потому что существует непрерывный путь от батареи через провод, через лампочку и обратно к батарее. Ток течет, и лампочка загорается. Большой!

А что если перевернуть батарею в цепи? Ток по-прежнему течет из плюса. У нас все еще есть замкнутая цепь. Лампочка все еще горит. Так где же тут диод? Сначала мы подключаем диод к батарее и лампочке, причем диод направлен в том же направлении, что и ток, протекающий из батареи.Диод действует как выключатель, который может быть включен или выключен. Ток протекает через диод, и цепь замыкается. Загорается лампочка. Без сюрпризов.

Как и раньше, в нашей следующей схеме мы меняем местами батарею. На этот раз у нас есть диод на пути тока. Лампочка не горит! Ток хочет покинуть положительный полюс батареи, но не может пройти через неправильный «односторонний» диод. Это разомкнутая цепь. По цепи не проходит электрический ток, и лампочка не горит.Это может спасти нас от разрушения наших цепей из-за случайной неправильной установки батареи.

Как работают диоды

Давайте посмотрим, как диод работает в практической схеме. Эта диодная схема называется выпрямительной схемой и является этапом преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Эти вставные настенные адаптеры (иногда называемые адаптерами переменного тока) для наших сотовых телефонов и другой электроники имеют в себе схемы выпрямителя.

Фактически переменные токи идут от положительного к отрицательному.Однако постоянный ток должен быть в одном направлении. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вы должны убрать это отрицательное направление, для чего и нужны диоды. В полуволновом выпрямителе, когда напряжение положительное, диод пропускает электрический ток. Когда он отрицательный, это не так. Взгляните на диаграмму, и вы поймете, о чем мы говорим.

Напряжение — переменный ток (вверху), а напряжение — однополупериодный выпрямитель (внизу), где отрицательные сигналы ограничиваются.Двухполупериодный мостовой выпрямитель фактически берет эти отрицательные части и превращает их в положительный ток, для чего требуется четыре диода. Подробности этого мы оставим для другого урока.

Некоторые различные типы диодов

Давайте кратко рассмотрим некоторые типы диодов.

1. Стабилитрон

Стабилитрон позволяет току течь в обратном направлении, если напряжение достигает особенно высокой точки. Они полезны в схемах в качестве источников опорного напряжения и для регулирования напряжения, а также для защиты некоторых устройств от повреждений.

2. Светоизлучающий диод (LED)

Светодиоды — это те маленькие светящиеся лампочки на наших цепочках для ключей и других устройствах. В светодиодах свет гаснет, когда через диод протекает ток. Некоторые светодиоды излучают видимый свет различных цветов, а другие излучают инфракрасный свет.

3. Лазерный диод

Лазерный диод похож на светодиод, за исключением того, что свет является когерентным, что означает, что все световые волны имеют одинаковую частоту и синфазны. Мы находим эти диоды в волоконно-оптических линиях связи, лазерных принтерах, считывателях штрих-кодов, приводах компакт-дисков и DVD-дисках.

4. Диод Шоттки

Диоды Шоттки могут включаться и выключаться очень быстро. Они используются в радиочастотных приложениях и в источниках питания.

Итоги урока

Давайте рассмотрим то, что мы узнали. Схема — это чертеж, показывающий, как соединяются провода и электрические компоненты. В замкнутой цепи электрический ток течет от источника энергии, такого как батарея, через провода и компоненты и обратно к источнику. Диоды позволяют току течь только в одном направлении.

На схематическом изображении диода есть стрелка, указывающая допустимое направление тока. В разомкнутой цепи ток не будет течь, потому что ток хочет покинуть положительный полюс батареи, но не может пройти через неправильный «односторонний» диод.

Обычно диоды используются в преобразователях переменного тока в постоянный. Синусоидальная волна напряжения меняется с положительного на отрицательный взад-вперед. Для блокировки отрицательной части можно использовать диод. Это основа для выпрямительной схемы , которая представляет собой этап преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток).

Типы диодов включают:

  • Стабилитрон : позволяет току течь в обратном направлении при достижении определенного напряжения.
  • Светоизлучающий диод (LED) : свет гаснет, когда через диод протекает ток.
  • Лазерный диод : Свет когерентен, то есть все световые волны имеют одинаковую частоту и синфазны.
  • Диод Шоттки : может очень быстро включаться и выключаться.

Что такое диоды быстрого восстановления (FRD)? | Полупроводник

Что такое диоды быстрого восстановления (FRD)?

Этот диод с p-n переходом предназначен для уменьшения времени обратного восстановления (trr) и также называется высокоскоростным диодом.
По сравнению с обычными выпрямительными диодами, trr на 2–3 разряда меньше, потому что FRD разработан с импульсным источником питания для выпрямления высоких частот в десятки или сотни кГц.

Типовые характеристики

Выдерживаемое напряжение (В RM ) Высокое напряжение, такое как 600 В, 800 В и 1000 В
Прямое напряжение (В F )

Приблизительно от 1,3 до 3,6 В

Обратный ток (I R )

Чрезвычайно малая, от нескольких мкА до десятков мкА

Время обратного восстановления (trr)

Примерно от десятков нСм до 100 нСм

Приложение

Выпрямление цепей переключения высокого напряжения (например, PFC)

Необходимо выбрать и использовать лучший тип диода в соответствии с каждым применением, потому что чем меньше время обратного восстановления, тем больше становится V F .

Характеристики восстановления диода

Можно приравнять trr к «времени возвращения дырок», потому что движение дырок занимает больше времени по сравнению с движением электронов.

Зависимость между прямым током (I

F ) и временем обратного восстановления (trr)
Когда прямой ток мал
Когда прямой ток большой

Как улучшить трр

Тяжелый металл рассеивается, или на диод с p-n-переходом облучается пучок электронов, чтобы создать ловушку для носителей, чтобы улавливать дырки, когда они возвращаются.TRR улучшается на 2–3 цифры, но в результате V F становится больше.

Диод с этой защитой называется высокоскоростным диодом и обычно называется FRD (диод быстрого восстановления).

Выбор и использование диодов быстрого восстановления

  • V F -TRR компромисс для диодов, выдерживающих 600 В

Общие выпрямительные диоды

Эти p-n диоды не быстродействующие.TRR большой, но V F маленький, около 1 В (для продуктов на 600 В). Эти диоды предназначены для промышленных частот, таких как 50/60 Гц, и не используются в цепи переключения.

FRD

FRD — диоды с быстрым восстановлением. Они обеспечивают высокоскоростную поддержку и обычно имеют время от 50 до 100 нс. При напряжении V F примерно 1,5 В это довольно много по сравнению с обычными выпрямительными диодами.
Еще один общий термин для типа FRD — «высокоскоростной диод.”

FRD (сверхскоростной тип)

Даже среди диодов с быстрым восстановлением этот диод разработан специально для быстродействия. TRR составляет примерно 25 нс, что очень мало, но V F довольно велик при напряжении от 3 до 3,6 В. Этот диод используется в приложениях, где особенно требуется высокая скорость. Даже если V F больше, чем это, относительное преимущество trr невелико.
Этот тип важен не только из-за его высокой скорости, но и из-за его мягких характеристик восстановления.

Форма кривой тока для режима критической проводимости PFC

Ток диода медленно переходит в состояние ВЫКЛ, как показано на рисунке. Ток восстановления также ограничен индуктором и не становится таким большим.
В этом типе применения сверхбыстрый диод не требуется, а использование обычного FRD, когда VF не очень большой, повышает эффективность.

трр быстродействующих диодов класса 600 В

  • Пример сверхскоростного типа
    trr = 25 нс (макс.), V F = 3.6 В (макс.)
  • Пример высокоскоростного типа
    trr = 100 нс (макс.), В F = 1,5 В (макс.)

Для этого применения подходят высокоскоростные типы.

Форма кривой тока для режима непрерывной проводимости PFC

Как показано на рисунке, когда в диоде протекает ток и внезапно прикладывается обратное напряжение, при отключении тока в течение периода trr протекает чрезвычайно большой ток восстановления, что приводит к потерям.

При использовании в схемах этого типа необходимо использовать диод с наименьшим trr, даже если жертвовать V F .

трр быстродействующих диодов класса 600 В

  • Пример сверхскоростного типа
    trr = 25 нс (макс.), В F = 3,6 В (макс.)
  • Пример высокоскоростного типа
    trr = 100 нс (макс.), В F = 1,5 В (макс.)

Указанные выше сверхвысокоскоростные типы подходят для этого приложения.

Мягкое восстановление и жесткое восстановление

Когда ток восстановления восстанавливается слишком внезапно, он производит больше шума. В результате trr должен быть не только маленьким, но и плавно или плавно восстанавливаться.
Приведенные ниже номера 1 и 3 могут иметь одинаковые значения trr в каталоге, но потери и шум совершенно разные. Кроме того, цифра 2 выглядит очень хорошо при просмотре каталога, но производит большой шум.

  • И потери мощности, и шум небольшие
  • Потеря мощности мала, но шум велик
  • И потери мощности, и шум большие
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.