Вентильные свойства диода: Вентильное свойство — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Содержание

Вентильное свойство — диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Вентильное свойство — диод

Cтраница 1

Вентильное свойство диода является следствием ярко выраженной внутренней неоднородности структуры. В данном случае, когда слон разнотипные, нелинейность, естественно, оказывается еще сильнее.  [1]

В этом проявляются вентильные свойства диода, которые выражены тем сильнее, чем меньше обратный ток при заданном обратном напряжении и чем меньше прямое напряжение при заданном прямом токе.  [3]

Полярность действия электродренажа с применением полупроводниковых диодов ( рис. 21 6) обусловливается вентильными свойствами диодов. Ток в дренажной цепи протекает только тогда, когда потенциал трубопровода выше потенциала рельсов. Относительно высокое прямое сопротивление полупроводниковых диодов снижает чувствительность электродренажа.  [4]

Эти построения основываются на

вентильных свойствах диода.  [6]

При очень малых напряжениях, по — ч м-рядка долей вольта, статический коэффициент выпрямления измеряется десятками, а при больших напряжениях, составляющих несколько вольт и выше, он измеряется от нескольких тысяч до сотен тысяч единиц и более в зависимости от типа диода. Повышение температуры диода снижает величину статического коэффициента выпрямления, что ухудшает вентильные свойства диода.  [8]

В выпрямительных диодах используется свойство односторонней проводимости p — n — перехода. Их применяют в качестве вентилей, которые пропускают переменный ток только в одном направлении. Вентильные свойства диода зависят от того, насколько мал обратный ток. Для уменьшения обратного тока необходимо снижать концентрацию неосновных носителей, что может быть обеспечено за счет высокой степени очистки исходного полупроводника.

Обычно применяют полупроводники, в которых на 109 — 1010 атомов основного элемента приходится один атом примеси.  [9]

Собственная емкость селенового диода обусловлена наличием запорного слоя между двумя его электродами. Величина емкости составляет от 0 01 до 0 02 мкф на 1 смг рабочей поверхности запорного слоя диода и зависит от напряжения, приложенного к вентилю. Действие емкости диода сводится к тому, что при относительно высокой частоте выпрямляемого тока сопротивление запорного слоя оказывается соединенным параллельно собственной емкости, в результате чего сопротивление этого участка цепи уменьшается с ростом частоты тока. При некоторой достаточно высокой частоте тока сопротивление емкости диода оказывается меньше сопротивления запорного слоя, в результате чего

вентильные свойства диода пропадают — он начинает одинаково хорошо проводить ток как в прямом, так и в обратном направлениях. Таким образом, собственная емкость диодов ограничивает возможность использования селеновых вентилей в цепях тока высокой частоты.  [10]

Качество выпрямления характеризуется отношением обратного сопротивления диода к прямому. Обратное сопротивление диода, как видно из эквивалентной схемы, определяется параллельным соединением гп и реактивного сопротивления емкости С. С повышением частоты сопротивление емкости падает, что приводит к уменьшению с частотой обратного сопротивления диода и снижению коэффициента выпрямления. На частотах, при которых сопротивление емкости становится сравнимым с г0,

вентильные свойства диода практически исчезают. Поэтому в диодах, предназначенных для работы на высоких частотах, стремятся уменьшить емкость р-п переходов, делая их точечными. Кроме того, сопротивление полупроводникового материала выбирается малым для снижения прямого сопротивления диода.  [12]

Селеновый вентиль состоит из алюминиевого диска, с одной стороны покрытого слоем кристаллического селена, обладающего дырочной проводимостью, который служит одним электродом. Другим электродом является нанесенный на селен слой сплава кадмия и олова, при диффузии из которого атомов кадмия в селен образуется слой, обладающий электронной проводимостью. Селеновые вентили имеют значительно меньшие обратные напряжения ( до 60В) и плотности тока ( 0 1 — 0 2 А / см2), чем германиевые и кремниевые, так что их габариты и масса значительно больше. Однако характеристики селеновых вентилей более стабильны, что позволяет соединять их последовательно и параллельно для увеличения обратных напряжений и прямых токов. Кроме того, селеновые вентили обладают свойством самовосстановления, которое сводится к следующему: если через пробитую шайбу пропустить большой ток, то селен нагревается и плавится, закрывая место пробоя и восстанавливая

вентильное свойство диода.  [13]

Страницы:      1

Вентильное свойство идеального p-n перехода

Для изучения свойств p-n перехода подключим к нему внешний источник напряжения U, как показано на рис.  4.

Рис. 4

Такое включение p-n перехода называется включением в прямом направлении или прямым включением. В этом случае электрическое поле, порождаемое внешним источником напряжения, будет направлено навстречу полю, создаваемому ионами примесей в приграничных зонах p-n перехода. В результате напряженность внутреннего электрического поля p-n перехода уменьшится, обедненная зона станет уже и уменьшится высота потенциального барьера:

.

Уменьшение высоты потенциального барьера приведет к тому, что большее количество основных носителей заряда смогут преодолевать p-n переход, т. е. усилится диффузионной ток. Изменение диффузионного тока в функции напряжения U внешнего источника описывается следующей зависимостью:

,

С учетом (0) можно записать, что

.

На дрейфовый ток изменение высоты потенциального барьера не влияет, поэтому величина тока, протекающего через p-n переход, может быть записана следующим образом:

.

ф2 (0)

Зависимость (0) носит название уравнения Молла-Эберса и играет важную роль в теории полупроводниковых приборов.

В общем случае зависимость тока, текущего через какой-либо прибор, от приложенного к нему напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) этого прибора. Уравнение Молла-Эберса аналитически описывает ВАХ идеального p-n перехода; возможный график этой зависимости показан на рис. 5.

Рассмотрим положительную ветвь () ВАХ. При увеличении напряжения от нуля наблюдается вначале незначительное, а затем, после превышения высоты потенциального барьера, существенное нарастание протекающего через p-n переход тока. Это явление связано с процессом изменения ширины p-n перехода, который может быть описан следующей зависимостью:

.

ф3 (0)

Очевидно, что при выполнении равенства ширина p-n перехода становится равной нулю, т. е. в приборе отсутствует зона, препятствующая протеканию тока.

Рис. 5

Изменим полярность подключения внешнего источника напряжения к p-n переходу. Данное включение называют обратным. В этом случае внешнее электрическое поле будет складываться с внутренним, создавая дополнительное сопротивление протеканию диффузного тока.

В соответствие с (0) при увеличении внешнего напряжения будет наблюдаться увеличение ширины зоны p-n перехода.

Однако и в этом случае через переход будет протекать электрический ток. Величина данного тока также описывается уравнением Молла-Эберса (0), если сменить знак при напряжении U. При достижении обратным напряжением некоторой величины () обратный ток через идеальный p-n переход практически равен току и перестает меняться. Физически ток — дрейфовый. Так как дрейфовый ток определяется движением неосновных носителей, то он связан с собственной концентрацией . Из-за существенной зависимости собственной концентрации полупроводника от температуры, ток также существенно зависит от температуры. Ток часто называют тепловым током перехода.

Ток, протекающий через включенный в обратном направлении p-n переход, существенно (на несколько порядков) меньше тока, текущего через p-n переход, включенный в прямом направлении. Поэтому считается, что p-n переход обладает однонаправленной проводимостью (вентильное свойство) — в случае включения его в прямом направлении он пропускает электрический ток, а при включении в обратном направлении — не пропускает.

Это свойство p-n перехода широко используется в разнообразных полупроводниковых приборах.

P-N-переход и диод. | HomeElectronics

Как упоминалось ранее электропроводность полупроводников сильно зависит от концентрации примесей. Полупроводники, электрофизические свойства которых зависят от примесей других химических элементов, называются примесными полупроводниками. Примеси бывают двух видов донорной и акцепторной.

Донорной называется примесь, атомы которой дают полупроводнику свободные электроны, а получаемая в этом случае электропроводность, связанная с движением свободных электронов, —

электронной. Полупроводник с электронной проводимостью называется электронным полупроводником и условно обозначается латинской буквой n — первой буквой слова «негативный».

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Рассмотрим процесс образования электронной проводимости в полупроводнике. За основной материал полупроводника возьмём кремний (кремниевые полупроводники самые распространённые). У кремния (Si) на внешней орбите атома есть четыре электрона, которые обуславливают его электрофизические свойства (т.е. они перемещаясь под действием напряжения создают электрический ток). При введении в кремний атомов примеси мышьяка (As), у которого на внешней орбите пять электронов, четыре электрона вступают во взаимодействие с четырьмя электронами кремния, образуя ковалентную связь, а пятый электрон мышьяка остаётся свободным. При этих условиях он легко отделяется от атома и получает возможность перемещаться в веществе.

Акцепторной называется примесь, атомы которой принимают электроны от атомов основного полупроводника. Получаемая при этом электропроводность, связанная с перемещением положительных зарядов — дырок, называется дырочной. Полупроводник с дырочной электропроводностью называется дырочным полупроводником и условно обозначается латинской буквой p — первой буквой слова «позитивный».

Рассмотрим процесс образования дырочной проводимости. при введении в кремний атомов примеси индия (In), у которого на внешней орбите три электрона, они вступают в связь с тремя электронами кремния, но эта связь оказывается неполной: не хватает ещё одного электрона для связи с четвёртым электроном кремния. Атом примеси присоединяет к себе недостающий электрон от одного из расположенных поблизости атомов основного полупроводника, после чего он оказывается связанным со всеми четырьмя соседними атомами. Благодаря добавлению электрона он приобретает избыточный отрицательный заряд, то есть превращается в отрицательный ион. В тоже время атом полупроводника, от которого к атому примеси ушёл четвёртый электрон оказывается связанным с соседними атомами только тремя электронами. таким образом, возникает избыток положительного заряда и появляется незаполненная связь, то есть дырка.

Одним из важных свойств полупроводника является то, что при наличии дырок через него может проходить ток, даже если в нём нет свободных электронов. Это объясняется способностью дырок переходить с одного атома полупроводника на другой.



Перемещение «дырок» в полупроводнике

Вводя в часть полупроводника донорную примесь, а в другую часть — акцепторную, можно получить в нём области с электронной и дырочной проводимостью. На границе областей электронной и дырочной проводимости образуется так называемый электронно-дырочный переход.

P-N-переход

Рассмотрим процессы происходящий при прохождении тока через электронно-дырочный переход. Левый слой, обозначенный буквой n, имеет электронную проводимость. Ток в нём связан с перемещением свободных электронов, которые условно обозначены кружками со знаком «минус». Правый слой, обозначенный буквой p, обладает дырочной проводимостью. Ток в этом слое связан с перемещением дырок, которые на рисунке обозначены кружками с «плюсом».



Движение электронов и дырок в режиме прямой проводимости



Движение электронов и дырок в режиме обратной проводимости.

При соприкосновении полупроводников с различными типами проводимости электроны вследствие диффузии начнут переходить в p-область, а дырки — в n-область, в результате чего пограничный слой n-области заряжается положительно, а пограничный слой p-области — отрицательно. Между областями возникает электрическое поле, которое является как бы барьеров для основных носителей тока, благодаря чему в p-n переходе образуется область с пониженной концентрацией зарядов. Электрическое поле в p-n переходе называют потенциальным барьером, а p-n переход — запирающим слоем. Если направление внешнего электрического поля противоположно направлению поля p-n перехода («+» на p-области, «-» на n-области), то потенциальный барьер уменьшается, возрастает концентрация зарядов в p-n переходе, ширина и, следовательно, сопротивление перехода уменьшается. При изменении полярности источника внешнее электрическое поле совпадает с направлением поля p-n перехода, ширина и сопротивление перехода возрастает. Следовательно, p-n переход обладает вентильными свойствами.

Полупроводниковый диод

Диодом называется электро преобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими p-n переходами и двумя выводами. В зависимости от основного назначения и явления используемого в p-n переходе различают несколько основных функциональных типов полупроводниковых диодов: выпрямительные, высокочастотные, импульсные, туннельные, стабилитроны, варикапы.

Основной характеристикой полупроводниковых диодов является вольт-амперная характеристика (ВАХ). Для каждого типа полупроводникового диода ВАХ имеет свой вид, но все они основываются на ВАХ плоскостного выпрямительного диода, которая имеет вид:



Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода: 1 — прямая вольт-амперная характеристика; 2 — обратная вольт-амперная характеристика; 3 — область пробоя; 4 — прямолинейная аппроксимация прямой вольт-амперной характеристики; Uпор — пороговое напряжение; rдин — динамическое сопротивление; Uпроб — пробивное напряжение

Масштаб по оси ординат для отрицательных значений токов выбран во много раз более крупным, чем для положительных.

Вольт-амперные характеристики диодов проходят через нуль, но достаточно заметный ток появляется лишь при пороговом напряжении (Uпор), которое для германиевых диодов равно 0,1 — 0,2 В, а у кремниевых диодов равно 0,5 — 0,6 В. В области отрицательных значений напряжения на диоде, при уже сравнительно небольших напряжениях (Uобр. ) возникает обратный токобр). Этот ток создается неосновными носителями: электронами р-области и дырками n-области, переходу которых из одной области в другую способствует потенциальный барьер вблизи границы раздела. С ростом обратного напряжения увеличение тока не происходит, так как количество неосновных носителей, оказывающихся в единицу времени на границе перехода, не зависит от приложенного извне напряжения, если оно не очень велико. Обратный ток для кремниевых диодов на несколько порядков меньше, чем для германиевых. Дальнейшее увеличение обратного напряжения до напряжения пробоя (Uпроб) приводит к тому что электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости, возникает эффект Зенера. Обратный ток при этом резко увеличивается, что вызывает нагрев диода и дальнейшее увеличение тока приводит к тепловому пробою и разрушению p-n-перехода.

Обозначение и определение основных электрических параметров диодов



Обозначение полупроводникового диода

Как указывалось ранее диод в одну сторону ток проводит (т. е. представляет собой в идеале просто проводник с малым сопротивлением), в другую – нет (т. е. превращается в проводник с очень большим сопротивлением), одним словом, обладает односторонней проводимостью. Соответственно выводов у него всего два. Они как повелось ещё со времён ламповой техники, называются анодом (положительным выводом) и катодом (отрицательным).

Все полупроводниковые диоды можно разделить на две группы: выпрямительные и специальные. Выпрямительные диоды, как следует из самого названия, предназначены для выпрямления переменного тока. В зависимости от частоты и формы переменного напряжения они делятся на высокочастотные, низкочастотные и импульсные. Специальные типы полупроводниковых диодов используют различные свойства p-n-переходов; явление пробоя, барьерную емкость, наличие участков с отрицательным сопротивлением и др.

Выпрямительные диоды

Конструктивно выпрямительные диоды делятся на плоскостные и точечные, а по технологии изготовления на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные. Плоскостные диоды благодаря большой площади p-n-перехода используют для выпрямления больших токов. Точечные диоды имеют малую площадь перехода и, соответственно, предназначены для выпрямления малых токов. Для увеличения напряжения лавинного пробоя используют выпрямительные столбы, состоящие из ряда последовательно включенных диодов.

Выпрямительные диоды большой мощности называют силовыми. Материалом для таких диодов обычно служит кремний или арсенид галлия. Кремниевые сплавные диоды используют для выпрямления переменного тока с частотой до 5 кГц. Кремниевые диффузионные диоды могут работать на повышенной частоте, до 100 кГц. Кремниевые эпитаксиальные диоды с металлической подложкой (с барьером Шотки) могут использоваться на частотах до 500 кГц. Арсенидгалиевые диоды способны работать в диапазоне частот до нескольких МГц.

Силовые диоды обычно характеризуются набором статических и динамических параметров. К статическим параметрам диода относятся:

  • падение напряжения Uпр на диоде при некотором значении прямого тока;
  • обратный ток Iобр при некотором значении обратного напряжения;
  • среднее значение прямого тока Iпр. ср.;
  • импульсное обратное напряжение Uобр.и.;

К динамическим параметрам диода относятся его временные и частотные характеристики. К таким параметрам относятся:

  • время восстановления tвос обратного напряжения;
  • время нарастания прямого тока Iнар.;
  • предельная частота без снижения режимов диода fmax.

Статические параметры можно установить по вольт-амперной характеристике диода.

Время обратного восстановления диода tвос является основным параметром выпрямительных диодов, характеризующим их инерционные свойства. Оно определяется при переключении диода с заданного прямого тока Iпр на заданное обратное напряжение Uобр. Во время переключения напряжение на диоде приобретает обратное значение. Из-за инерционности диффузионного процесса ток в диоде прекращается не мгновенно, а в течении времени tнар. По существу, происходит рассасывание зарядов на границе p-n-перехода (т. е. разряд эквивалентной емкости). Из этого следует, что мощность потерь в диоде резко повышается при его включении, особенно, при выключении. Следовательно, потери в диоде растут с повышением частоты выпрямляемого напряжения.

При изменении температуры диода изменяются его параметры. Наиболее сильно от температуры зависят прямое напряжение на диоде и его обратный ток. Приблизительно можно считать, что ТКН (температурный коэффициент напряжения) Uпр = -2 мВ/К, а обратный ток диодаимеет положительный коэффициент. Так при увеличении температуры на каждые 10 °С обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, а кремниевых – 2,5 раз.

Диоды с барьером Шотки

Для выпрямления малых напряжений высокой частоты широко используются диоды с барьером Шотки. В этих диодах вместо p-n-перехода используется контакт металлической поверхности с полупроводником. В месте контакта возникают обеднённые носителями заряда слои полупроводника, которые называются запорными. Диоды с барьером Шотки отличаются от диодов с p-n-переходом по следующим параметрам:

  • более низкое прямое падение напряжения;
  • имеют более низкое обратное напряжение;
  • более высокий ток утечки;
  • почти полностью отсутствует заряд обратного восстановления.

Две основные характеристики делают эти диоды незаменимыми: малое прямое падение напряжения и малое время восстановления обратного напряжения. Кроме того, отсутствие неосновных носителей, требующих время на обратное восстановление, означает физическое отсутствие потерь на переключение самого диода.

Максимальное напряжение современных диодов Шотки составляет около 1200 В. При этом напряжении прямое напряжение диода Шотки меньше прямого напряжения диодов с p-n-переходом на 0,2…0,3 В.

Преимущества диода Шотки становятся особенно заметны при выпрямлении малых напряжений. Например, 45-вольтный диод Шотки имеет прямое напряжение 0,4…0,6 В, а при том же токе диод с p-n-переходом имеет падение напряжения 0,5…1,0 В. При понижении обратного напряжения до 15 В прямое напряжение уменьшается до 0,3…0,4 В. В среднем применение диодов Шотки в выпрямителе позволяет уменьшить потери примерно на 10…15 %. Максимальная рабочая частота диодов Шотки превышает 200 кГц.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова. Здесь можно всё сделать своими руками.

Полупроводниковый диод, вентильные свойства p-n перехода. — Студопедия.Нет

Диоды с p-n-переходом. Диоды — это устройства, которые проводят электрический ток только в одном направлении. Следовательно, p-n-переходы идеально подходят для их использования в диодных выпрямителях, преобразующих переменный ток в постоянный.

Когда напряжение обратного смещения на диоде с p-n-переходом увеличивается до критического значения, называемого напряжением пробоя, электрическое поле в области перехода создает электроны и дырки в результате соударений носителей заряда, обладающих высокой энергией, с атомами полупроводников. В ходе этого процесса, называемого ионизацией, образуется «лавина» новых носителей, вследствие чего обратный ток при напряжении пробоя существенно возрастает.

Диодные выпрямители обычно работают при обратных напряжениях ниже напряжения пробоя. Однако резкое и значительное нарастание обратного тока, происходящее при достижении напряжения пробоя, можно использовать для стабилизации напряжения или для фиксации опорного уровня напряжения. Диоды, предназначенные для таких применений, называются полупроводниковыми стабилитронами.

Емкость, зависящая от приложенного напряжения, соответствует обратно смещенному p-n-переходу. Такую управляемую напряжением емкость можно применять, например, в настраиваемых контурах. Диоды, в которых используются такие переходы, называют варикапами.

p-n-Переходы. Твердотельные электронные приборы представляют собой, как правило, многослойную структуру, одна часть которой выполнена из полупроводника p-типа, а другая — из полупроводника n-типа. Пограничная область между материалами p-типа и n-типа называется p-n-переходом. Переход образуется положительно заряженными атомами донорной примеси с n-стороны и отрицательно заряженными атомами акцепторной примеси с p-стороны. Электрическое поле, создаваемое этими ионами, предотвращает диффузию электронов в p-область и дырок в n-область.

Если p-область p-n-перехода соединить с положительным выводом какого-либо источника напряжения (например, батареи), а n-область — с отрицательным выводом, то электроны и дырки смогут диффундировать через переход. В результате из p-области в направлении n-области потечет существенный ток. В таком случае говорят, что переход смещен в прямом направлении. При обратном смещении, когда описанные выше подсоединения имеют противоположную полярность, от области n-типа к области p-типа потечет лишь предельно малый обратный ток.

Полученную от p-n-перехода энергию солнечные элементы передают в подключенную к ним внешнюю нагрузку. Солнечные элементы, преобразующие солнечный свет в электричество, находят широкое применение в качестве источников электропитания для искусственных спутников Земли и в некоторых применениях на Земле.

 

20. Виды активных диэлектриков, их применение.

Сегнетоэлектрики. В сегнетоэлектриках в определенном диапазоне температур наблюдается спонтанная или самопроизвольная поляризация. Титанат бария. При помещении сегнетоэлектрика в электрическое поле суммарные моменты диполей ориентируются по полю и поляризация сегнетоэлектрика возрастает. Рост поляризации приводит к росту отношения Р/Е, а следовательно, к росту диэлектрической проницаемости. У сегнетоэлектриков максимальные значения диэлектрической проницаемости достигают сотен тысяч единиц, соответственно, габариты конденсаторов из таких материалов могут быть весьма малыми. Существенное влияние на диэлектрическую проницаемость оказывает температура. При повышении температуры кинетическая энергия ангармонических колебаний ионов возрастает, и электростатическая связь между ионами ослабевает. Максимум диэлектрической проницаемости наблюдается при температуре Кюри.

    Пьезоэлектрики. Пьезоэлектриками называют диэлектрики, в которых под действием механических напряжений появляется поляризация, а под действием электрического поля пьезоэлектрики упруго деформируются. Таким образом, пьезоэлектрики являются электромеханическими преобразователями, преобразующими механическую энергию в электрическую и обратно. Пьезоэлектрическими свойствами обладают многие кристаллы, лишенные центра симметрии: кварц, турмалин, сегнетова соль и др. Пьезоэлектрики нашли широкое применение для изготовления резонаторов, преобразователей колебаний и др.

    Электреты. Электретами называют диэлектрики, у которых постоянный электрический момент или избыточный заряд сохраняются длительное время. Электреты могут служить источниками электрического поля в окружающем пространстве, аналогично постоянным магнитам, являющимися источниками магнитного поля. Эта аналогия в свойствах постоянных магнитов и электретов отражена в их названии (по-английски постоянный магнит — magnet). В зависимости от способов получения различают термоэлектреты, фотоэлектреты, электроэлектреты, трибоэлектреты, радиоэлектреты.

 

 

22. Электротепловой пробой диэлектриков.

Диэлектрическими принято называть материалы, имеющие низкую плотность подвижных носителей заряда (ионов и электронов), поэтому удельное электрическое сопротивление таких материалов в 1012 — 1025 раз выше, чем у проводниковых материалов.

Электрической прочностью диэлектрика называют ту напряженность поля, при которой диэлектрик теряет изоляционные свойства.

При нахождении диэлектрика в электрическом поле, часть энергии электрического поля рассеивается в диэлектрике из-за диэлектрических потерь, и диэлектрик нагревается. Повышение температуры диэлектрика по сравнению с окружающей средой ведет к отводу тепла. Нагрев материала диэлектрика может привести к его растрескиванию, оплавлению, обугливанию, что снижает электропрочность диэлектрика и ведет к его разрушению. Очевидно, что стойкость к электротепловому пробою зависит как от свойств самого материала (у полярных диэлектриков диэлектрические потери выше и стойкость к электротепловому пробою ниже), так и от конструкции изолятора. Чем выше поверхность изолятора, тем больше тепла рассеивается в окружающую среду и меньше вероятность электротеплового пробоя.

Электротепловой пробой связан с локальным повышением температуры диэлектрика вследствие того, что энергия поля, рассеиваемая в диэлектрике, превышает отводимую тепловую энергию. При увеличении температуры диэлектрика возрастают потери на сквозную электропроводность и поляризацию, и, как следствие, снижается электропрочность диэлектрика.

Время пробоя тау=1мин-1час

Тепловой баланс.

Qотд=Qполуч

 

23. Электрохимический пробой диэлектриков.

Диэлектрическими принято называть материалы, имеющие низкую плотность подвижных носителей заряда (ионов и электронов), поэтому удельное электрическое сопротивление таких материалов в 1012 – 1025 раз выше, чем у проводниковых материалов.

Электрической прочностью диэлектрика называют ту напряженность поля, при которой диэлектрик теряет изоляционные свойства.

Электрохимический пробой диэлектриков обусловлен тем, что при длительном нахождении в электрическом поле происходит изменение химического состава диэлектрика. Чем выше напряженность электрического поля, тем сильнее возбуждаются молекулы диэлектрика и время, необходимое для выхода материала диэлектрика из строя снижается. В то же время химически инертные диэлектрики имеют больше время работы.

Время пробоя тау месяцы и годы.

Кривая жизни диэлектрика

С течением времени диэлектрические свойства материала ухудшаются. Этот процесс называют старением материала. Он связан с изменением химического состава, вследствие окисления коррозии, светового и механического воздействия, нарушения структуры, разложения и т.д. Стабильность свойств материала зависит от прочности химической связи между атомами и молекулами диэлектрика. Зависимость электрической свойств от времени называется кривой жизни диэлектрика.

 

17. Влияние температуры на диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектриков. Точка Кюри.

В сегнетоэлектриках в определенном диапазоне температур наблюдается спонтанная или самопроизвольная поляризация. Название эта группа диэлектриков получила по предложению И.В. Курчатова от сегнетовой соли, в кристаллах которой впервые была обнаружена спонтанная поляризация. Существенное влияние на диэлектрическую проницаемость оказывает температура. При повышении температуры кинетическая энергия ангармонических колебаний ионов возрастает, и электростатическая связь между ионами ослабевает. Внешнему полю легче перебросить ионы из одного положения в другое, соответственно, поляризация и диэлектрическая проницаемость возрастают. Максимум диэлектрической проницаемости наблюдается при температуре Кюри.

Легирование сегнетоэлектриков приводит к изменению энергии связи между ионами и дает возможность изменять температуру Кюри и величину диэлектрической проницаемости.

В 1944 г. Вул открыл новый сегнетоэлектрик — титанат бария BaTiO3. Рассмотрим природу спонтанной поляризации в таких материалах на примере титаната бария. Элементарную ячейку кристаллической решетки этого материала можно представить следующим образом. В вершинах куба находятся ионы бария, по центрам граней куба находятся ионы кислорода, а в центре куба находится ион титана. Поскольку между атомами титана, кислорода и бария осуществляется ионная связь кристаллическая решетка данного соединения упакована неплотно. Следовательно, ион титана может смещаться относительно центра элементарной ячейки. При смещении иона титана к какому либо иону (или группе ионов) кислорода, кулоновские силы удерживают ион титана в этом положении, и элементарная ячейка становится поляризованной. Поляризация одной элементарной ячейки приводит к появлению диполя, электрическое поле которого поляризует соседние элементарные ячейки. Повышение температуры приводит к активизации колебаний иона титана, и при равенстве энергии теплового движения этого иона с энергией электростатического взаимодействия с ионами кислорода элементарные ячейки кристалла деполяризуется. В итоге кристалл переходит из сегнетоэлектрического в параэлектрическое состояние. Температуру перехода принято называть температурой Кюри.

Руководство к лабораторной работе. «Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов»

Кремневый стабилитрон

Кремневый стабилитрон Полупроводниковые стабилитроны составляют особую группу полупроводниковых диодов, отличительной особенностью которых является то, что они работают в области обратного пробоя p-n перехода

Подробнее

Электронно-дырочный переход

Кафедра экспериментальной физики СПбПУ Электронно-дырочный переход Методические указания к лабораторному практикуму по общей физике СПбПУ 2014 Лабораторная работа 2. 08 «Электронно-дырочный переход» 1 http://physics.spbstu.ru

Подробнее

Соответствует рабочей программе

Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Уральский радиотехнический колледж им. А. С. Попова ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА

Подробнее

АМПЛИТУДНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электроника» 1 М. А. Оськина АМПЛИТУДНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ Екатеринбург 2009 Федеральное

Подробнее

Порядок выполнения задания

Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний о физических принципах работы и определяемых ими характеристиках и параметрах полупроводниковых стабилитронов путем их экспериментального

Подробнее

Рис.

2 Модуль «Транзисторы»

Глава 2 Исследование полевого и биполярного транзисторов Цель проведения работ Знание устройств, изучение характеристик и параметров электронных полупроводниковых приборов: полевых и биполярных транзисторов.

Подробнее

Порядок выполнения задания

Лабораторная работа 7 Измерение и исследование ВАХ и параметров полевых транзисторов 1. Цель лабораторной работы Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний о физических принципах

Подробнее

Нелинейные сопротивления «на ладони»

Нелинейные сопротивления «на ладони» Структурой, лежащей в основе функционирования большинства полупроводниковых электронных приборов, является т.н. «p-n переход». Он представляет собой границу между двумя

Подробнее

А.

С. КАЛИНИН ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА Филиал МИРЭА в г. Фрязино Кафедра общенаучных дисциплин

Подробнее

Составитель: Н.Н. Муравлева

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ P-N ПЕРЕХОДА. Методические указания к самостоятельной виртуальной практической работе по дисциплине «Электротехника и электроника» для студентов всех

Подробнее

варикапы, стабилитроны и др.

2.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Полупроводниковыми диодами называют полупроводниковые приборы с одним электрическим переходом и двумя выводами. Они применяются для выпрямления переменного тока, детектирования

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

Изучение работы p-n перехода

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НИЛ техники эксперимента МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО КУРСУ «ФИЗИКА» www.rib.ru e-mail: [email protected] 010804. Изучение работы —

Подробнее

к изучению дисциплины

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ. С.Г.Камзолова ПОСОБИЕ к изучению дисциплины «Общая электротехника и электроника», раздел «Электронные приборы» Часть 1. для студентов

Подробнее

Контрольная работа рейтинг 1

Контрольная работа рейтинг 1 ЗАДАНИЕ 1 1. Дать определение потенциального барьера n-p перехода, от чего зависит его величина и толщина перехода. Их влияние на параметры диода. 2. Определить внутреннее

Подробнее

ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Радиофизический факультет Кафедра радиоэлектроники Отчет по лабораторной работе: ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Выполнили: Проверил:

Подробнее

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор Порядок работы. Определение hпараметров транзистора. (a) Подготовка к работе. Провести начальные установки: Выход I закорочен; Потенциометры постоянного смещения,, 8, 9 в крайнем

Подробнее

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ С.Г. Камзолова ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА Пособие по выполнению контрольных домашних заданий для студентов II курса специальности

Подробнее

Дисциплина «Твердотельная электроника»

Дисциплина «Твердотельная электроника» ТЕМА 3: «Полупроводниковые диоды» Легостаев Николай Степанович, профессор кафедры «Промышленная электроника» Классификация диодов. Полупроводниковым диодом называют

Подробнее

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Содержание 1 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА Электрические цепи постоянного тока. Руководство по выполнению базовых экспериментов. Описаны отдельные компоненты комплектов типового лабораторного оборудования

Подробнее

«Исследование оптронов»

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Лабораторная работа «Исследование оптронов» Москва, 2006 г. Оптоэлектронная пара. Оптопарой называется прибор, содержащий светоизлучатель

Подробнее

Исследование транзисторного автогенератора

Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Уральский радиотехнический техникум им. А. С. Попова РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Подробнее

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые диоды Электроника Полупроводниковые диоды приборы с одним p-n-переходом и двумя выводами, обладающие односторонней проводимостью тока. Вольт-амперная характеристика диода ВАХ диода —

Подробнее

Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

21 Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора 3. Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов 3. Мощные биполярные транзисторы 4. Выводы 1. Устройство

Подробнее

2.4.      ВАХ идеального p-n-перехода и отличия ВАХ реального диода

Рассмотрим ВАХ идеального pnперехода (рис. 2.6).

Как известно, прямой ток pn-перехода созда­ется основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Концентрация основных носителей заряда на несколько порядков превышает концентрацию неосновных носи­телей. Этим и обусловливаются вентиль­ные свойства р-п-перехода, а следовательно, и диода.

Проведенному теоретическому анализу ВАХ диода со­ответствует ее запись в аналитической фор­ме:

,                           (2.6)

где  – ток насыщения (тепловой ток), создаваемый неос­новными носителями заряда;  – тепловой потенциал.

При U = 0 согласно соотношению выражению (2.6)  = 0. В случае при­ложения прямого напряжения         (U = U a > 0) в выражении (2.6) единицей можно пренебречь и зависимость  будет иметь экспоненциальный характер. В случае обратного напряжения (U = Ub < 0) можно не учитывать достаточно малую величину  и тогда: Ia = Ib = Is.

В проведенном анализе, позволяющем главным образом объяс­нить принцип действия полупроводникового диода, не учитывались некоторые факторы, отражающиеся на его реальной ВАХ.

На прямую ветвь ВАХ диода оказы­вает влияние объемное сопротивление слоев р-п-структуры (особенно при больших токах), уве­личивающее падение напряжения () на дио­де. В кремниевых диодах это влияние более значительно, чем в германиевых, так как из-за меньшей подвижности носителей заряда удель­ное сопротивление кремния выше. С учетом падения напряжения в слоях в кремниевых диодах при протекании прямого тока  = 0,8 – 1,2 В, а в германиевых  = 0,3 – 0,6В.

На обратную ветвь ВАХ диода оказывают влияние ток утечки через поверхность pn-перехода и генерация носителей  заряда, которая является причиной возможного пробоя pn-перехода. Оба фактора приводят к тому, что обратная ветвь ВАХ диода принимает вид, пока­занный на рис. 2.7.

Ток утечки связан линейной зависимостью с напряжением . Он создается различными загрязнениями на внешней поверхности pn-структуры, что повышает поверхностную электрическую прово­димость pn-перехода и обратный ток через диод. Эта составляющая обратного тока обусловливает появление наклонного участка 1 – 2 на характеристике диода (рис. 2.7).

Влияние генерации носителей заряда в pn-переходе обычно ска­зывается при повышенных обратных напряжениях. Оно проявля­ется вначале в нарушении линейной зависимости изменения обратного тока от напряжения  (участок 2 – 3), а затем в резком возрас­тании обратного тока (участок 3 – 5), характеризующем пробой pn-перехода.

Свойства p-n-перехода. Полупроводниковый диод. Принцип действия транзистора.

Свойства  pn-перехода.

Примесные полупроводники

 

Донорная примесь: основные носители заряда — свободные электроны. Остается положительный ион примеси.  Акцепторная примесь: основные носители заряда—дырки. Остается отрицательный ион примеси. В месте контактадонорного и акцепторного полупроводников возникает электронно-дырочный переход (p-n-переход).

Свойства р-п-перехода

1. Образуется запирающий слой, образованный зарядами ионов примеси: d=10-7 м,  Dj = 0.4—0,8 В.

2.  Направление внешнего поля (источника) совпадает с направлением контактного поля. Тока основных носителей заряда нет. Существует слабый токнеосновных носителей заряда. Такое включение называется обратным.

3. Прямое включение. Существует ток основных носителей заряда.

p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении

(свойство односторонней проводимости).

Полупроводниковый диод

Схематическое изображение. Направление стрелки указывает направление тока.

Устройство диода.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

/, 2 участок приближенно прямолинеен -экспонента;

— пробой диода

0,3 обратный ток;

0,1— ток меняется нелинейно.

 Обратный ток обусловлен наличием неосновных носителей заряда.

Применение полупроводникового диода

Выпрямитель тока

Принцип действия транзистора

Условное обозначение

Направление стрелки — направление тока

На всех рисунках —  p-n-p— транзисторы.

Устройство биполярного транзистора.

Основные применения: элемент усилетеля тока, напряжения или мощности; электронный ключ (например, в генераторе электромагнитных колебаний).

Переход эмиттер — база включается в прямом направлении, а база — коллектор — в обратном. Через эмиттерный переход идет большое количество основных носителей заряда.   База очень тонкая. Концентрация основных носителей заряда в базе небольная. Поэтому рекомбинация электронов и дырок небольшая. Ток базы маленький. Заряды, пришедшие из эмиттера, по отношению к базе являютсянеосновными, поэтому они свободно проходят через коллекторный переход. До 95% дырок, попадающих из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Т.е. Iэ ≈ Iб. При изменении Iэ с помощью источника переменного напря­жения одновременно почти во столько же раз изменяется Iк. Т.к. сопротивление коллекторного перехода во много раз превышает сопротивление эмиттерного, то при практически равных токах, напряжение на эмиттере много меньше напряжения на коллекторе.

Характеристики диода

— Диодные и диодные схемы

Мы в девятой главе, а в девятой мы рассмотрим диоды и диодные схемы. Диоды — это первое применение полупроводников, которое мы рассмотрим. Первое, что мы хотим сделать, это посмотреть характеристики диодов.

Характеристики диода

Диод — это просто PN переход, но он широко применяется в электронных схемах. Три важных характеристики диода — это, прежде всего, прямое падение напряжения.В условиях прямого смещения это должно быть около 0,7 вольт. Затем происходит обратное падение напряжения. И наоборот, когда мы смещаем диод в обратном направлении, обедненный слой расширяется, и обычно приложенные напряжения ощущаются на диоде. Затем возникает обратное напряжение пробоя. Обратное падение напряжения, которое приведет к обратному течению тока и, в большинстве случаев, разрушит диод.

Диодные элементы

Диод имеет два вывода, подключенных к внешней цепи. Здесь у нас есть маленький диод, и это будут два вывода.Поскольку диод ведет себя по-разному в зависимости от прямого или обратного смещения, очень важно иметь возможность различать выводы. Анод соединяется с материалом p-типа, это будет анод прямо здесь, он соединяется с материалом p. Катод подключается к материалу n-типа прямо здесь. Когда вы видите диод, на диоде обычно есть цветная полоса, и цветная полоса указывает конец, который является катодом. Один из способов запомнить обозначение здесь — стрелка всегда указывает на конечный материал.Здесь будет материал p, а стрелка укажет на конечный материал, который будет катодом.

Идеальные диоды

В идеальном диоде ток свободно течет через устройство при прямом смещении, не имея сопротивления. В идеале это должно произойти или то, что мы хотели бы, но это не то, что произойдет. В идеальном диоде при прямом смещении на нем не было бы падения напряжения. Все напряжения источника будут падать на резисторы цепи.На диоде не будет падения напряжения; все напряжение источника будет приложено к резисторам цепи. В идеальном диоде при обратном смещении он имел бы бесконечное сопротивление, вызывая нулевой ток.

Практические диоды

Теперь практические диоды, это то, что вы на самом деле увидите. Практичный диод действительно оказывает некоторое сопротивление току при прямом смещении. Поскольку имеется некоторое сопротивление, при протекании тока через диод прямого смещения будет рассеиваться некоторая мощность.Следовательно, существует практический предел силы тока, который диод может проводить без повреждений.

Диод обратного смещения имеет очень высокое сопротивление. Избыточное обратное смещение может вызвать проводимость диода.

Практическое смещение диода в прямом направлении

Вот и ситуация; приложенное напряжение менее 0,7 вольт. Теперь не забудьте направить смещение на диод, который мы должны были подключить более чем на 0,7 вольта, при менее 0,7 вольта мы не сможем преодолеть барьерный потенциал, и это будет действовать как разомкнутый, и не будет падения напряжения. схема.Здесь то же самое, только мы увеличили напряжение до пяти вольт, и теперь у этого диода достаточно прямого смещения. Обратите внимание, здесь опускается 0,7, здесь падает оставшееся напряжение, 4,3, так что это наши 4,3 плюс семь равняется нашим пяти вольтам. Если бы здесь была компонента 1 кОм, а затем 4,3, разделенная на 1 кОм, мы получили бы 4,3 миллиампера тока через этот резистор и через диод. В данном случае мы увеличили напряжение до 25 вольт. Теперь обратите внимание на то, что здесь показано падение напряжения.8 вольт, в идеале, мы бы сказали, что это 0,7. В этом случае, опять же, если бы оно было 1 кОм, то у нас было бы 24,2 миллиампера тока в этой цепи. В диоде есть внутреннее сопротивление, поэтому при увеличении тока вы увидите, что падение напряжения немного увеличится, но обычно мы говорим, что оно составляет 0,7.

В некоторых случаях я встречал выпрямленные диоды, у которых падение напряжения достигает одного вольта, а иногда может достигать 1,2. Это необычно; обычно мы так считаем.7 вольт.

Обратное смещение

Теперь у нас есть конец диода, поэтому он имеет обратное смещение. Обратите внимание, что катод подключен к плюсу. Помните, что n материала здесь со всеми электронами будет притягиваться таким образом, и мы собираемся увеличить эту область истощения, конденсатор и диод, чтобы они выглядели открытыми. На диоде будут ощущаться 10 вольт, и это состояние обратного смещения. В этой ситуации мы просто увеличили напряжение.Такое же состояние существует, за исключением того, что область истощения, вероятно, немного шире, и здесь чувствуется приложенное напряжение, и в цепи нет тока.

Превышение напряжения пробоя

Теперь здесь приложенное напряжение больше, чем напряжение пробоя. Мы не знаем, какое напряжение пробоя у этого диода, но оно больше. Что произойдет в этот момент, так это то, что даже при обратном смещении ток будет проходить через это устройство.Устройство фактически выходит из строя, и через него должен был пройти ток, который будет равен приложенному напряжению за вычетом любого падения на этом устройстве. Обычно это повреждает диод.

Зависимость тока от напряжения

В практическом диоде прямой ток очень мал, пока не будет достигнуто напряжение барьера. При обратном смещении протекает только небольшой ток, пока обратное напряжение меньше напряжения пробоя устройства. Что у нас есть, у нас есть кривая зависимости тока от напряжения для практического диода.Это довольно типично для диодов. Вы видите, что все основные диоды выглядят так. Есть и другие диоды, диоды специального назначения будут немного отличаться от этого, но это кривая, которую вы обычно видите в диоде. Здесь будет изменяться значение напряжения пробоя. Что это значит? Что ж, здесь у нас есть напряжение колена, напряжение барьера и напряжение колена … Помните, здесь мы графически изображаем напряжение, идущее в этом направлении. Это будет прямое напряжение, а затем обратное напряжение, указывающее на обратное смещение.Напряжение при прямом смещении обычно составляет 0,7 В, а затем мы строим график тока, идя в этом направлении. Теперь вы видите, что эта кривая не прямая, а плавная. 0,7 В на диод начинает проводить, а затем мы получаем то, что мы называем прямым током.

По мере роста напряжения, я думаю, мы построили график для пяти вольт и, вероятно, у нас будет ток примерно здесь, а затем мы сделали 25 вольт и сказали, что у нас было около 0,8 вольт, но вы получите идею, если мы возьмем это и спустились сюда посмотрим, наверное, это будет о. 8 в этом конкретном случае. В любом случае, прямое напряжение обычно составляет 0,7, а затем, в зависимости от того, сколько тока проходит через него, вы можете увидеть немного повышенное значение около 0,7. Теперь, когда мы обратим смещение диода, вы увидите, что ток практически равен нулю, и в идеале он должен быть равен нулю, но будет небольшая утечка. По большей части у вас есть; мы смотрим на отсутствие тока вообще. С другой стороны, мы будем видеть это состояние, пока не достигнем точки пробоя.В точке пробоя мы увидим выброс тока, идущий в другом направлении против нормального пути тока диода, и снова, вероятно, это означает разрушение диода.

На этом наше введение в характеристики диодов завершается, и мы рассмотрели последний слайд, на котором мы рассмотрели кривую зависимости тока от напряжения диода для тока и напряжения. Мы также рассмотрели напряжение пробоя и несколько различных условий обратного смещения, а также некоторые условия прямого смещения.Мы поговорили о нем, посмотрим, где это было, мы поговорили о практических диодах, идеальных диодах… ах, вот оно. Мы рассмотрели диодные элементы и на этом завершили рассмотрение характеристик диодов.

Видео-лекции, созданные Тимом Фигенбаумом в Общественном колледже Северного Сиэтла.

Что такое вакуумная трубка

Технология вакуумных трубок или термоэлектронных клапанов стала первой формой активного устройства, используемого в электронике, и они все еще используются в некоторых специализированных приложениях сегодня.


Вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны Включает:
Основы Как работает трубка Электроды для вакуумных трубок Диодный клапан / трубка Триод Тетроде Луч Тетрод Пентод Эквиваленты Контактные соединения Системы нумерации Патрубки / основания клапанов


Технология вакуумных трубок или термоэмиссионных клапанов используется с начала двадцатого века.

Внедрение технологии термоэмиссионного клапана или вакуумных трубок позволило заложить основы электронной промышленности.

Даже сегодня лампы или лампы используются во всем, от гитарных усилителей до усилителей Hi-Fi и многого другого.

Многим людям нравится звук, производимый этими устройствами, и в результате их использование продолжилось в этой области, а также во многих других.

Современные ламповые / ламповые усилители

История вакуумных ламп

Первые наблюдения того, что в конечном итоге превратилось в технологию электронных ламп или термоэмиссионных клапанов, были сделаны Эдисоном. В своем стремлении создать более совершенные лампы накаливания он заметил эффект, который позже был назван эффектом Эдисона.

Позже Амвросий Флеминг использовал эффект для выпрямления радиосигналов в новой форме радиодетектора, которую он назвал своим колебательным клапаном.

Выбор вакуумных трубок / термоэмиссионных клапанов

Следующее важное событие произошло, когда Ли де Форест добавил третий электрод, названный сеткой. Это открыло основную идею термоэмиссионного клапана или вакуумной лампы для усиления сигналов и обеспечения значительно большей функциональности.

Примечание по истории вакуумных трубок:

Первая вакуумная трубка / термоэмиссионный клапан была разработана, когда Амброуз Флеминг использовал открытие Эдисона, которое называлось эффектом Эдисона. Эдисон не смог найти для него никаких применений, но Флеминг использовал этот двухэлектродный диод для исправления радиосигналов. Позже Ли де Форест добавил третий электрод, чтобы сделать триод. Дальнейшие разработки улучшили характеристики и добавили дополнительные электроды.

Подробнее о История вакуумных трубок

Технология вакуумных трубок

Технология вакуумных трубок или термоэлектронных клапанов основана на базовой концепции термоэлектронной эмиссии.

В концепции термоэмиссионного клапана или вакуумных трубок использовалась идея о том, что нагретый элемент в вакууме испускает электроны, которые обычно остаются поблизости от этого нагретого элемента из-за притяжения заряда.

Если второй электрод поместить в вакуум и поместить на него высокий положительный потенциал, то электроны будут притягиваться от нагретого элемента к этому элементу с высоким потенциалом. В результате в этом направлении будет течь ток.

Поскольку электроны не могут двигаться в обратном направлении, этот простой клапан или вакуумная трубка действует как диод.

Также можно разместить третий элемент, известный как сетка, в конструкции между конструкцией между двумя другими электродами. Этот электрод обычно представляет собой сетку, через которую проходят электроны. Изменяя потенциал на этом электроде, можно управлять потоком электронов.

Обозначение схемы триодной вакуумной трубки / клапана с указанием электродов

В клапане или вакуумной трубке имеется несколько электродов:

  • Катод: Это электрод, который нагревается и испускает электроны.
  • Анод: Этот электрод в вакуумной трубке или клапане имеет высокий потенциал для притягивания электронов от катода.
  • Grid: Это электрод клапана, который имеет переменный потенциал и используется для управления потоком электронов между катодом и анодом. В некоторых электронных лампах используется больше сетки для улучшения характеристик различными способами.
  • Нить накала: Большинство клапанов в наши дни имеют косвенный нагрев, т.е.е. a нить накала не подключена к катоду. Нить накала нагревает катод, который затем испускает электроны. Ранние клапаны нагревались напрямую, а нить накала использовалась для испускания электронов. Однако это накладывало ограничения на способ использования клапанов. Наличие катода с косвенным нагревом позволяет катоду работать при потенциале выше, чем у земли, а также для многих нитей, которые могут проходить параллельно в одном элементе оборудования.

Типы вакуумных трубок

Существует несколько различных типов диодных клапанов.У каждого свои свойства, и на них можно подавать иски для разных приложений. Диоды могут использоваться для выпрямления, тогда как триоды, тетроды и пентоды обычно используются в приложениях для усиления. Гептоды часто используются в радиочастотных смесителях. В результате необходимо смотреть на различные типы, когда требуется какое-либо приложение.

  • Диодный клапан: Это основная форма устройства термоэмиссионного клапана / вакуумной трубки. Он состоит из катода, анода (и, конечно же, нагревателя или нити накала).Ток может проходить через диод только одним способом — электроны текут от катода к аноду — таким образом, он действует как выпрямитель или диод.
  • Триодный клапан: К триодному клапану добавлен третий электрод. Названный сеткой, он способен управлять потоком электронов.
  • Тетрод: К тетроду добавлен четвертый электрод. Она называется экранной сеткой и обычно имеет высокий потенциал, но ниже, чем у анода.
  • Балочный тетрод: Балочный тетродный клапан был усовершенствованием основного тетродного клапана. К структуре между сеткой экрана и анодом были добавлены специальные лучевые пластины, чтобы направлять электроны в определенные области на аноде. Кроме того, поскольку эти пластины удерживались под тем же потенциалом, что и катод, электроны, ударяющиеся об анод и отражающиеся от него, возвращались к аноду, и вторичная эмиссия была эффективно подавлена.
  • Пентод: К пентоду добавлен пятый электрод.Названная подавляющей сеткой, она имела низкий потенциал для подавления вторичного излучения.
Клапан 6SH7 / вакуумная трубка
Сводка типов клапанов / трубок и количества электродов
Количество электродов Количество сеточных электродов Общее название
3 1 Триод
4 2 Тетроде
5 3 Пентод
6 4 шестнадцатеричный
7 5 Гептод
8 6 октод

Различные типы вакуумных трубок / термоэмиссионных клапанов позволяют этим устройствам выполнять множество различных функций. Диоды, очевидно, сильно отличаются от триодов и т. Д., Но другие типы вентилей могут использоваться в разных схемах, как того требуют различные приложения.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

«Электронная пушка» или вентильный диод

Электрон

Квантовая и ядерная

«Электронная пушка» или вентильный диод

Практическая деятельность для 14-16

Демонстрация

Основная цель этого эксперимента — объяснить принцип работы электронной пушки. Вы также можете использовать это устройство для демонстрации вентильного диода — устройства, которое пропускает ток только в одном направлении.

Аппаратура и материалы

  • Трубка и стойка диода с горячей нитью
  • Блок питания, HT
  • Источник питания, 6,3 В, переменного тока, для нити накала нагревателя (часто входит в комплект поставки HT)
  • Демонстрационный счетчик с центральной шкалой нуля, -2,5 мА. до +2,5 мА

Примечания по охране труда и технике безопасности

Источники питания

HT (высоковольтные) (обычно подающие напряжение до 400 В) могут вызвать смертельный удар электрическим током.

Важно, чтобы все разъемы HT и кабели были рассчитаны на используемое напряжение. Разъемы HT должны быть закрытого типа, чтобы исключить случайный контакт. Любой измеритель, используемый в цепи HT, должен быть рассчитан на используемое напряжение и иметь закрытые разъемы. Все HT-соединения должны выполняться при выключенном HT, и никакие регулировки HT-соединений или проводов после включения HT не должны выполняться.

Практическую работу с высокотемпературными расходными материалами должны выполнять только учителя, хорошо знакомые с высокотемпературным электричеством и опасностями.

Студенты должны хорошо наблюдать за предметом, когда он используется.

Учащиеся после 16 лет могут проходить практику под присмотром. См. Темы по безопасности (ASE 2001), Глава 17 …

ЗАЗОР

Пробирки хрупкие (и дорогие!), С ними следует обращаться осторожно. В случае поломки они взорвутся. Используйте подставки, специально предназначенные для их удержания.

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Следуйте инструкциям производителя по настройке диода.

Убедитесь, что вы можете идентифицировать следующее:

  • Питание катодного нагревателя 6,3 В. (Если вы подключите к нагревателю неправильное напряжение, вы можете легко повредить трубку и не подлежать ремонту. )
  • HT (высокое напряжение) подача к электроду. Установите на ноль.
  • Накопительная пластина и ее соединительная клемма в диодной трубке.

При отсутствии разности потенциалов (p.d.) на трубке небольшой ток около 50 мА. течет из-за энергии, с которой электроны вылетают из нити (эффект Эдисона).Но это, вероятно, не будет замечено в описанном здесь эксперименте.

Процедура

  1. Установите диод на подставку и подключите нить накала нагревателя к источнику 6,3 В.
  2. Подключите пластину в трубке через миллиамперметр к источнику питания HT.
  3. Подключите другую клемму источника питания HT к земле и к одной из клемм накала, как показано на схеме ниже. Источник питания позволяет пластине находиться под напряжением 400 В, положительным или отрицательным по отношению к нити накала.
  4. При выключенном нагревателе накаливания попробуйте создать большую положительную разность потенциалов (p. d.), а затем большую отрицательную p.d. Вы можете попробовать здесь немного драматизма, создавая возможность протекания большого тока через вакуум с достаточно большим p.d .; затем симулируйте беспокойство, когда нет тока.
  5. На самом деле, если нить накала не светится, ток не будет ни на одном п.д. (положительным или отрицательным).
  6. Теперь включите нить с положительным напряжением на сборной пластине.Вы получите ток.
  7. Попробуйте отрицательный p.d. на тарелке для сбора. Тока не будет.

Учебные заметки

Электронная пушка

  • Этот эксперимент показывает, что заряды могут протекать через вакуум — до тех пор, пока одна клемма нагрета, а эта нагретая клемма является катодом.
  • Разумно предположить, что заряды исходят от нагретого элемента (поскольку при выключенном нагревателе нет тока).
  • Учитывая, что заряды проходят через вакуум только тогда, когда нагретый электрод является катодом, также разумно сделать вывод, что заряды отрицательны. Положительный заряд не будет течь от катода к аноду, тогда как отрицательный заряд будет (притягиваться к положительному аноду).
  • Вы можете объяснить результаты эксперимента, используя идею электронов. Эти крошечные отрицательные частицы могут свободно перемещаться в металле. При нагревании металла некоторые из них «испаряются» с поверхности.Они образуют «газ» электронов над поверхностью горячей пластины. Если нагретую пластину включить в цепь и сделать отрицательной по отношению к другой пластине, электроны протянутся через вакуум, и между пластинами будет течь ток. Если нагретый электрод является положительным, отрицательные электроны возвращаются к положительной поверхности электрода.
  • Клапан диодный
  • Суть в том, что диод может пропускать ток только в одном направлении. Так что вы должны позволить классу провести измерения «в обе стороны» с помощью вентильного диода.С помощью миллиметра в цепи вы можете измерить ток для разных напряжений в каждом направлении. Вы можете указать, что ток есть, когда диод подключен в одну сторону (с нагретым элементом, подключенным к отрицательной клемме источника питания), а не когда он подключен в обратном направлении. Другими словами, «клапан» пропускает ток в одну сторону, но не в другую.
  • Можно упомянуть, что это основа ранних ламповых диодов. Рождение диода положило начало электронике.Однако теперь диоды заменены компонентами из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Полупроводниковые устройства часто называют «твердотельными», потому что они не полагаются на «газ» электронов, проходящих между контактами в вакуумной лампе.

Этот эксперимент был проверен на безопасность в мае 2007 г.

Что такое диод? < Основы и история диодов > | Основы электроники

Сказка о диоде

Ниже мы собрали некоторые истории и принципы создания диодов. Если вы чувствуете, что это необходимо, взгляните на него, чтобы освежить память. «Ну, я уже знал это!» некоторые из вас думают, и если это так, не стесняйтесь пропустить этот раздел. Прежде чем мы углубимся в некоторые свойства и основы диодов, давайте поговорим об эффекте Эдисона.

Эффект Эдисона возникает, когда электроны перетекают от нагретого элемента к более холодной металлической пластине в вакууме. Когда Эдисон обнаружил это, он на самом деле не видел в этом применения, но все равно пошел дальше и запатентовал.Эдисон запатентовал все, что было видно. Сегодня для описания этого эффекта используется более описательный термин «термоэлектронная эмиссия».

Теперь у эффекта Эдисона есть интересная особенность. Электроны могут течь только в одну сторону. Только от горячего элемента к прохладной тарелке, а не наоборот. Хорошим сравнением будет вода, протекающая через обратный клапан. Мы называем устройства, которые пропускают электричество только в одном направлении, диодами.

Перед вакуумной трубкой

Выпрямляющие свойства и эффект Эдисона были обнаружены в двухполюсной вакуумной лампе в 1884 году.За восемь лет до этого в 1876 году был открыт выпрямляющий эффект селена. История использования свойств полупроводников для создания диодов, обладающих выпрямляющими эффектами, очень древняя. В это трудно поверить, но история полупроводников началась раньше, чем возникла электронная лампа!

От германия к кремнию

В первых примитивных диодах, таких как селеновый выпрямитель или кристаллические детекторы, использовались пириты железа и галенит, а также другие природные оксиды меди (поликристаллические полупроводники).По мере развития технологий очистки мы вступили в эпоху, когда высокочувствительные монокристаллические полупроводники можно было производить с надежностью. Возраст германия и кремния. За это время мы узнали, что германий имеет низкую термостойкость, и поэтому в современном мире большинство полупроводников производится из кремния.

Выпрямление через PN-переход

Диодный элемент состоит из структуры, называемой pn переходом. Вывод, прикрепленный к полупроводнику p-типа, называется анодом, а вывод, прикрепленным к полупроводнику n-типа, называется катодом.Ток может течь от анода к катоду, но почти полностью предотвращается его протекание в обратном направлении. Это явление называется выпрямлением, и, проще говоря, оно преобразует переменный ток в однонаправленный.

Модель диода


Условное обозначение электрической схемы диода

Другими словами, диод — это клапан!

Как упоминалось ранее, если вы представите себе изображение, иллюстрирующее действие диода, вы можете представить его как «вентиль» для электрического тока.Если представить электрический ток как текущую воду, анод можно рассматривать как входную сторону, а катод — выходную сторону. Вода течет от входа к выходу (или, я бы сказал, электрического тока), но «клапан» не позволяет ей течь от входа к выходу. Это принцип работы диода.


● Клапан открыт и течет электричество
(прямое направление)


● Клапан закрыт, и электричество не подается
(обратное направление)

Множество типов соединений

Сегодняшние диоды можно разделить на две основные классификации через переходы: pn переход и переход с барьером Шоттки.Первый — это переход полупроводник-полупроводник, и этот тип перехода можно далее разделить на переходы диффузионного типа и переходы меза-типа. Последний использует эффекты, возникающие между полупроводником и металлом, и на самом деле не является переходом в терминах диодов.

Однако, чтобы было легче понять, здесь он будет считаться перекрестком. В настоящее время диод с барьером Шоттки известен своим низким энергопотреблением и высокими скоростями, и ROHM делает большие успехи в своей серии диодов с барьером Шоттки.

Характеристики прямого смещения и характеристики обратного смещения

Диод имеет два электрода: анод и катод. Анод — это (+) вывод, а катод — (-) вывод. Характеристики диода, когда ток течет от анода к катоду, называются характеристиками прямого смещения, а VF и IF являются примерами этих характеристик. И наоборот, если на анод подается напряжение (-), а на катод — напряжение (+), ток не протекает через диод.Характеристики в это время называются характеристиками обратного смещения, а VR и IR являются примерами этих характеристик.

Диоды

Термоэмиссионные и полупроводниковые диоды

Диоды — это небольшие электрические устройства, которые используются для передачи электрического тока в одном направлении и для предотвращения движения встречного тока в противоположном. У них есть два вывода, каждый с электродом — один электрод заряжен положительно, а другой — отрицательно.Способность диода передавать ток только в одном направлении также называется выпрямляющим свойством. Когда диод передает ток в одном направлении, это называется состоянием прямого смещения; состояние обратного смещения возникает, когда диод блокирует движение тока в противоположном направлении. Однако способность диода быть однонаправленной зависит от типа диода и используемой технологии. Различные типы диодов, такие как термоэлектронные и различные типы полупроводниковых диодов, используют разные технологии для передачи тока.

Термоэлектронные диоды, также называемые вакуумными трубками, представляют собой диоды, которые закрывают электроды в стеклянном вакууме — ранние модели выглядели как миниатюрные лампочки. Нить накала нагревателя используется для передачи тепла, которое вызывает тепловую эмиссию электронов в вакууме и нагревает катод. В этом случае анод становится положительным и притягивает электроны, передавая ток в одном направлении. Поскольку анод не будет выпускать электроны даже при понижении температуры, электроны могут двигаться только в одном направлении, и процесс не может изменить направление.

Хотя термоэлектронные диоды были распространенной ранней формой диодов, большинство современных диодов представляют собой полупроводниковые диоды. Такие материалы, как кремний и германий, часто используются, потому что в них нет свободных электронов, а это означает, что они не могут легко передавать электричество и, как правило, служат изоляторами. Однако путем легирования этих материалов их химические свойства могут быть изменены. При легировании кремния есть два типа примесей, которые могут быть добавлены для превращения кремния в полупроводящий материал: N-тип и P-тип.

Примесь N-типа представляет собой фосфор или мышьяк. Каждый из них имеет пять внешних электронов, тогда как кремний имеет четыре, поэтому лишнему электрону фосфора или мышьяка не с чем связываться. Вместо этого дополнительный электрон служит средством передачи энергии. Только небольшое количество фосфора или мышьяка необходимо для генерации достаточного количества свободных электронов для передачи тока через кремний. Поскольку электроны несут отрицательный заряд, этот тип примеси известен как N-тип.

При легировании P-типа используется одна из двух различных примесей: бор или галлий. Каждая из этих примесей имеет только три внешних электрона, поэтому при добавлении к кремнию они образуют дырки, в которых отсутствует электрон, а также положительный заряд. Положительный заряд позволяет бору или галлию принимать соседние электроны, что, по сути, выталкивает дырку внутри решетки электронов. Наличие дырок — это то, что обеспечивает передачу токов и движение электронов, что делает кремний с примесью P-типа проводящим материалом. Название P-type происходит от положительного заряда материала.Легирование как N-типа, так и P-типа превращает кремний в проводник, но не в очень прочный — вот почему легированный кремний называется полупроводником.

Кремний P-типа и N-типа используются вместе в полупроводниковых диодах. Для создания P-N-диода кремниевый материал P-типа составляет анод и передает ток на катод N-типа. Из-за зарядов и свойств материалов ток не может передаваться в обратном направлении. В других типах полупроводниковых диодов для создания одного контакта используется металл, а в качестве другого контакта используется полупроводник P-типа или N-типа. При использовании в условиях обратного смещения блокирует большую часть тока. При использовании в режиме прямого смещения передается достаточно напряжения для запуска диода и может начаться передача электронов.

Диод | Инжиниринг | Fandom

Типы диодов

В электронике диод — это компонент, ограничивающий направление движения носителей заряда. Он позволяет электрическому току течь в одном направлении, но по существу блокирует его в противоположном направлении.Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана.

Первыми диодами были устройства на электронных лампах (в Великобритании они назывались вентилями, ), но сегодня наиболее распространенные диоды изготавливаются из сверхчистых полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий.

Термин был придуман Уильямом Генри Экклсом в 1919 году от греческих корней; di означает «два», а ode означает «путь».

Первыми диодами были устройства на электронных лампах (также известные как термоэлектронные клапаны), расположение электродов, окруженных вакуумом внутри стеклянной оболочки, по внешнему виду напоминало лампы накаливания. Расположение нити накала и пластины как диода было изобретено в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом (научным советником компании Marconi) на основе наблюдения Томаса Эдисона.

В ламповых диодах ток пропускается через катод — нить накала, обработанную смесью оксидов бария и стронция, которые являются редкоземельными металлами. Ток нагревает нить, вызывая термоэлектронную эмиссию электронов в вакуумную оболочку. В прямом режиме окружающий металлический электрод, называемый анодом, заряжается положительно, так что он электростатически притягивает испускаемые электроны.Однако при изменении полярности напряжения электроны не легко выпускаются с ненагретой поверхности анода, и, следовательно, любой обратный поток представляет собой очень небольшой ток.

На протяжении большей части 20-го века ламповые диоды использовались в приложениях аналоговых сигналов и в качестве выпрямителей в источниках питания. Сегодня ламповые диоды используются только в нишевых приложениях, таких как выпрямители в ламповых гитарах и усилители Hi-Fi, а также в специализированном высоковольтном оборудовании.

Большинство современных диодов основаны на полупроводниковых p-n переходах.В p-n диоде обычный ток может течь от стороны p-типа (анод) к стороне n-типа (катод), но не в противоположном направлении. Другой тип полупроводникового диода, диод Шоттки, формируется из контакта между металлом и полупроводником, а не из p-n-перехода.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода, или ВАХ, приписывается поведению так называемого обедненного слоя или обедненной зоны , которая существует на p-n-переходе между разными полупроводниками.Когда pn-переход создается впервые, электроны зоны проводимости (подвижные) из области с примесью азота диффундируют в область с примесью фосфора, где имеется большая популяция дырок (места для электронов, в которых нет электронов), в которых электроны «рекомбинировать». Когда мобильный электрон рекомбинирует с дыркой, дырка исчезает, и электрон больше не подвижен. Таким образом, два носителя заряда исчезли. Область вокруг p-n-перехода становится обедненной носителями заряда и, таким образом, ведет себя как изолятор. Однако ширина истощения не может расти без ограничений. Для каждой пары электрон-дырка, которая рекомбинирует, положительно заряженный ион легирующей примеси остается в области, легированной азотом, а отрицательно заряженный ион легирующей примеси остается в области, легированной фосфатом. По мере того, как рекомбинация продолжается и создается больше ионов, через зону обеднения возникает увеличивающееся электрическое поле, которое замедляет, а затем, наконец, останавливает рекомбинацию. На данный момент существует «встроенный» потенциал в зоне истощения. Если на диод подается внешнее напряжение с той же полярностью, что и встроенный потенциал, зона обеднения продолжает действовать как изолятор, предотвращающий значительный электрический ток.Однако, если полярность внешнего напряжения противоположна встроенному потенциалу, рекомбинация может снова продолжиться, приводя к значительному электрическому току через p-n переход. Для кремниевых диодов встроенный потенциал составляет примерно 0,6 В. Таким образом, если через диод пропускается внешний ток, через диод будет развиваться около 0,6 В, так что область, легированная P, будет положительной по отношению к N- легированная область, и говорят, что диод «включен».

ВАХ диода с P-N переходом (без масштаба).

ВАХ диода можно приблизительно оценить в двух рабочих областях. Ниже определенной разницы потенциалов между двумя выводами обедненный слой имеет значительную ширину, и диод можно рассматривать как разомкнутую (непроводящую) цепь. По мере увеличения разности потенциалов на каком-то этапе диод станет проводящим и позволит зарядам течь, и в этот момент его можно рассматривать как соединение с нулевым (или, по крайней мере, очень низким) сопротивлением. Точнее, передаточная функция логарифмическая, но настолько четкая, что выглядит как угол на уменьшенном графике ( см. Также обработку сигнала ).

Уравнение идеального диода Шокли (названное в честь Уильяма Брэдфорда Шокли) можно использовать для аппроксимации ВАХ p-n-диода.

,

где I — ток диода, I S — масштабный коэффициент, называемый током насыщения , q — заряд электрона (элементарный заряд ), k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура pn перехода и В D — напряжение на диоде.Термин kT / q — это тепловое напряжение , иногда обозначаемое как V T , и составляет примерно 26 мВ при комнатной температуре. n (иногда опускается) — это коэффициент излучения , который варьируется от 1 до 2 в зависимости от процесса изготовления и материала полупроводника.

Можно использовать более короткие обозначения. Положив

и соотношение диода становится:

где (при комнатной температуре) — известная постоянная.

В нормальном кремниевом диоде при номинальных токах падение напряжения на проводящем диоде составляет приблизительно от 0,6 до 0,7 вольт. Значение отличается для других типов диодов — диоды Шоттки могут иметь низкое значение 0,2 В, а светодиоды (светодиоды) могут иметь напряжение 1,4 В или более в зависимости от тока.

Ссылаясь на изображение ВАХ, в области обратного смещения для нормального выпрямительного диода PN, ток через устройство очень низкий (в диапазоне мкА) для всех обратных напряжений вплоть до точки, называемой пиковым обратным напряжением ( PIV).За пределами этой точки происходит процесс, называемый обратным пробоем, который приводит к повреждению устройства и значительному увеличению тока. Для диодов специального назначения, таких как лавинные или стабилитроны, концепция PIV не применима, поскольку они имеют преднамеренный пробой сверх известного обратного тока, так что обратное напряжение «фиксируется» до известного значения (называемого напряжением стабилитрона). Однако устройства имеют ограничение по току и мощности в зоне стабилизации или схода лавины.

Типы полупроводниковых диодов [редактировать | править код]

Существует несколько типов полупроводниковых диодов с переходом:

Нормальные (p-n) диоды
, которые работают, как описано выше. Обычно из легированного кремния, реже германия. До разработки современных кремниевых силовых выпрямительных диодов использовалась закись меди, а затем селен; его низкая эффективность привела к гораздо более высокому прямому падению напряжения (обычно 1,4-1,7 В на «элемент», при этом несколько ячеек уложены друг над другом для увеличения пикового значения обратного напряжения в высоковольтных выпрямителях) и требовали большого радиатора (часто увеличивающего металлическая подложка диода), намного больше, чем потребовался бы кремниевый диод того же номинального тока.
диоды ‘‘ легированные золотом
Золото вызывает «подавление неосновных носителей». Это снижает эффективную емкость диода, позволяя ему работать на частотах сигнала. Типичный пример — 1N914. Германиевые диоды и диоды Шоттки также быстрые, как и биполярные транзисторы, «выродившиеся» в диоды. Диоды источника питания сделаны с расчетом на работу с максимальной частотой 2,5 x 400 Гц (иногда называемые американцами «французской мощностью»), поэтому они не используются при частоте выше килогерца.
Стабилитроны (произносится / ziːnər /)
диодов, которые могут проводить обратное направление. Этот эффект, называемый зенеровским пробой, происходит точно определенное напряжение, позволяя диод для использования в качестве опорного напряжения точности. На практике опорного напряжения цепей Зенер и коммутация диоды соединены последовательно и противоположных направления, чтобы сбалансировать температурный коэффициент почти до нуля. Некоторые устройства, обозначенные как высоковольтные стабилитроны, на самом деле являются лавинными диодами (см. Ниже).Два (эквивалентных) стабилитрона, включенные последовательно и в обратном порядке, в одной упаковке, составляют поглотитель переходных процессов (или Transorb, зарегистрированная торговая марка). Они названы в честь доктора Кларенса Мелвина Зенера из Университета Южного Иллинойса, изобретателя устройства.
Лавинные диоды
диодов, которые проводят в обратном направлении, когда напряжение обратного смещения превышает напряжение пробоя. Они электрически очень похожи на стабилитроны, и их часто ошибочно называют стабилитронами, но они выходят из строя по другому механизму, лавинному эффекту .Это происходит, когда обратное электрическое поле через p-n-переход вызывает волну ионизации, напоминающую лавину, приводящую к сильному току. Лавинные диоды предназначены для пробоя при четко определенном обратном напряжении без разрушения. Разница между лавинным диодом (который имеет обратный пробой выше примерно 6,2 В) и стабилитроном состоит в том, что длина канала первого превышает «длину свободного пробега» электронов, поэтому на выходе между ними возникают столкновения.Единственное практическое различие состоит в том, что у этих двух типов температурные коэффициенты противоположной полярности.
Диоды подавления переходных напряжений (TVS)
Это лавинные диоды, разработанные специально для защиты других полупроводниковых устройств от электростатических разрядов. Их p-n-переходы имеют гораздо большую площадь поперечного сечения, чем у обычного диода, что позволяет им проводить большие токи на землю без повреждений.
Фотодиоды
Полупроводники подлежат оптике

История вакуумного диода Принцип работы и типы вакуумного диода

История вакуумного диода

16 ноября 1904 года сэром Джоном Амброузом Флемингом был изобретен первый вакуумный диод , который также называется Клапан Флеминга, первый термоэмиссионный клапан.В то время в области электроники не существовало p-n-перехода. Концептуальный рисунок вакуумного диода показан ниже.

Как работает вакуумный ламповый диод?

Здесь вакуумный диод работает в основном как современный диод. Но его размер больше. Он состоит из вакуумного контейнера с катодом и анодом внутри. Этот катод и анод подключены к источнику напряжения.

На анод подается положительное напряжение по отношению к катоду. Он работает по принципу термоэлектронной эмиссии.Нить накала нагревает этот катод. Следовательно, электроны вылетают из катода и притягиваются к аноду. Если положительного напряжения, приложенного к аноду, недостаточно, анод не может притягивать электроны, испускаемые катодом из-за горячей нити накала.

В результате одно облако электронов скапливается в пространстве между катодом и анодом. Это называется объемным зарядом. Из-за этого объемного заряда следующие эмитированные электроны отталкиваются и возвращаются на катод. Таким образом, эмиссия электронов практически прекращается.По цепи не течет ток.

Если приложенное напряжение между анодом и катодом постепенно увеличивается, то все больше и больше электронов пространственного заряда попадают на анод и создают свободное пространство для следующих эмитированных электронов. Таким образом, с увеличением напряжения на аноде и катоде мы можем увеличить скорость эмиссии электронов.

В то же время объемный заряд постепенно исчезает, что означает, что он нейтрализуется на аноде. Когда между анодом и катодом приложено определенное напряжение, весь объемный заряд исчезает. Больше нет препятствий для испускания электронов с катода. Тогда пучок электронов начинает свободно течь от катода к аноду через пространство. В результате ток течет от анода к катоду.

С другой стороны, если анод сделан отрицательным по отношению к катоду, электронная эмиссия из него отсутствует, поскольку он холодный, а не горячий. Теперь электроны, эмитированные с нагретого катода, не попадают на анод. Из-за отталкивания отрицательного анода между анодом и катодом будет накапливаться сильный объемный заряд.Опять же из-за отталкивания этого объемного заряда все дальнейшие испускаемые электроны возвращаются на катод, следовательно, виртуальная эмиссия не происходит, следовательно, в цепи не течет ток. Итак, вакуумный диод позволяет току течь только в одном направлении.

При обратном смещении этот вакуумный диод не работает. Эта электронная лампа была основным компонентом электроники на протяжении первой половины двадцатого века. Он был доступен и распространен в цепи радио, телевидения, радара, звукоусиления, системы звукозаписи, телефона, аналоговых и цифровых компьютеров и управления производственными процессами.

Вольт-амперные характеристики вакуумного диода

Вольт-амперные характеристики вакуумного диода показаны ниже.

Размер объемного заряда зависит от эмиссии электронов с катода во время образования объемного заряда. Эмиссия электронов дополнительно зависит от температуры, при которой нагревается катод. Следовательно, если температура повышается, увеличивается и объемный заряд. Таким образом, анодное напряжение, необходимое для нейтрализации пространственного заряда, также будет больше.

Таким образом, один и тот же вакуумный диод будет иметь разные графики ВАХ при разных температурах катода.На рисунке выше мы показали только три из них. Один график для T o C, один для температуры выше T o C и один для температуры ниже T o C. Когда анодное напряжение постепенно увеличивается от нуля, ток от анода к катоду пропорционально увеличивается. Поскольку объемный заряд ограничивает эмиссию с катода, ток пропорционально увеличивается с уменьшением силы объемного заряда.

Эта зона характеристик называется областью ограничения объемного заряда, как показано на рисунке.После исчезновения пространственного заряда электронная эмиссия становится постоянной и зависит исключительно от температуры катода. Здесь ток в вакуумном диоде становится насыщенным. Когда на анод не подается напряжение, в цепи не должно быть тока, но на самом деле это не так. Из-за статистических колебаний скорости некоторые электроны обладают достаточно энергией, чтобы достичь анода, даже если на аноде нет напряжения. Небольшой ток, вызванный этим явлением, известен как ток брызг.

Использование вакуумных ламповых диодов

Постепенно на рынке появились полупроводники с p-n переходом, и на смену им пришли вакуумные лампы. Самая основная структура вакуумной лампы — это вакуумный диод. Вакуумные лампы по-прежнему широко используются во всем мире. Приложения для электронных ламп включают:

  • Атомные часы
  • Аудиосистемы
  • Приборные панели автомобиля
  • Спутники сотовой связи
  • Компьютерные мониторы
  • DVD-плееры и записывающие устройства
  • Электромагнитные испытания
  • Электронные микроскопы
  • Газовые микроскопы
  • Газовые лазеры
  • Гитарные усилители
  • Радиолюбители
  • Высокоскоростное переключение цепей
  • Клистроновые трубки
  • Промышленное отопление
  • Ионные микроскопы
  • Ионные двигательные системы
  • ЖК-дисплеи
  • Компьютерные дисплеи
  • Микроволновые печи
  • Военные системы
  • Мобильный телефон, Bluetooth и Wi-Fi Компоненты СВЧ
  • Усилители для музыкальных инструментов
  • Ускорители частиц
  • Лампы фотоумножителя
  • Плазменные панели
  • Плазма Силовые установки
  • Профессиональное звуковое оборудование
  • Радиолокационные системы
  • Радиосвязь
  • Радиостанции
  • Студии звукозаписи
  • Солнечные коллекторы
  • Гидролокаторы
  • Стробоскопы
  • Наземные спутниковые станции
  • Полупроводниковые системы
  • Вакуумные электронные устройства
  • Вакуумные панельные дисплеи

Типы вакуумных диодов

Вакуумные диоды лампы классифицируются как

  1. Диапазон частот (аудио, радио, микроволновая печь)
  2. Номинальная мощность (слабый сигнал, мощность звука)
  3. Тип катода / нити накала (косвенный нагрев, прямой нагрев)
  4. С точки зрения применения (приемные лампы, передающие трубки, усиление или переключение)
  5. Специализированные параметры (длительный срок службы, очень низкая микрофоническая чувствительность и низкий уровень шума звука усиление)
  6. Spec Реализованные функции (детекторы света или излучения, трубки видеосигнала)
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *