Диоды. Устройство и работа. Характеристики. Особенности
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 диод 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.
Похожие темы:
Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/diody/
ДИОДЫ
Источник: http://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/diody/5-1-0-753
Виды светодиодов: разделение по классам и типам
В настоящее время светодиоды обрели широкую популярность. При этом четко разделить их по мощности, яркости свечения, области применения, форм-фактору и другим параметрам не представляется возможным, поскольку у каждого производителя своя классификация. Тем не менее, различные виды светодиодов можно объединить в классы по некоторым характерным признакам.
Индикаторные и осветительные LED
Чтобы яснее представлять, какие бывают светодиоды, их можно разделить на две большие группы: индикаторные и осветительные.
Индикаторные используются в основном в целях цветовой индикации, а также при подсветке дисплеев, приборных панелей и других приборов. То есть это светодиоды сравнительно небольшой мощности (до 0.2 Вт) с умеренной яркостью.
Осветительные LED используются при освещении помещений в составе светодиодных ламп и лент, в автомобильных фарах и везде, где требуется получить высокую интенсивность свечения. Мощность таких светодиодов может достигать десятков ватт.
Индикаторные LED
Индикаторные светодиоды, в свою очередь, можно разбить на несколько групп.
DIP светодиоды
Светодиоды этого типа представляют собой светоизлучающий кристалл в выводном корпусе, часто с выпуклой линзой. Типы корпусов: цилиндрические, диаметром 3, 4, 5, 8, 10… мм, и прямоугольные.
Выпускаются в очень широком диапазоне цветов – вплоть до ИК и УФ диапазонов. Могут быть как одноцветными, так и многоцветными (когда в одном корпусе сосредоточено несколько кристаллов разных цветов), — например, RGB.
Одним из недостатков этих LED можно отметить невысокий угол рассеяния светового потока: обычно не более 60⁰.
Super Flux “Piranha”
Конструктивно светодиоды Пиранья представляют собой сверхъяркие светодиоды в прямоугольном корпусе с четырьмя выводами. Такая конструкция позволяет надежно закрепить светодиод на плате.
Доступные разновидности: красный, зеленый, синий и три белых (различаются температурой свечения). Выпускаются в корпусах с линзой (3 и 5 мм) и без нее. Угол рассеяния варьируется в пределах от 40⁰ до 120⁰.
Область применения Piranha – подсветка автомобильных приборов, дневных ходовых огней, рекламных вывесок и т.д.
Straw Hat
Наряду с Piranha, большим углом рассеяния светового потока обладают светодиоды типа Straw Hat («соломенная шляпа»). Внешне они напоминают обычные цилиндрические двухвыводныне LED, но с меньшей высотой и увеличенным радиусом линзы, за что и получили свое название.
Излучающий кристалл в этих светодиодах расположен ближе к передней стенке линзы (не забудьте почитать про назначение линзы для светодиода), благодаря чему достигается угол рассеяния порядка 100-140⁰.
Выпускаются красные, синие, зеленые, желтые и белые LED. Благодаря способности создавать ненаправленное излучение, могут использоваться в декоративных целях, в качестве замены ламп аварийной тревоги и других местах, где требуется равномерная подсветка с низким энергопотреблением.
SMD светодиоды
Кроме выводных LED, выпускаются светодиоды типа SMD. Сюда следует отнести сверхъяркие цветные и белые светодиоды мощностью около 0.1 Вт в корпусе для поверхностного монтажа.
Размеры корпусов обычно стандартные для любых элементов типа SMD: 0603, 0805, 1210 и т.д., где маркировка обозначает длину и ширину в сотых долях дюйма или в миллиметрах.
При этом существуют как разновидности с выпуклой линзой, так и без нее.
Благодаря простоте монтажа, на основе этих LED выпускаются светодиодные ленты. Например, широкую известность в этой области приобрел светодиод Cree SMD 3528.
Осветительные LED
Эти светодиоды применяются при освещении помещений и улиц в составе фонарей, автомобильных фар, светодиодных лент и т.д. В связи с этим обладают большой мощностью, высокой интенсивностью излучения, и выпускаются только в белом цвете в корпусах для поверхностного монтажа.
Обычно производятся две разновидности, различающиеся цветовой температурой: cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый).
Поскольку кристаллов, излучающих белый свет, в природе не существует, при производстве осветительных светодиодов прибегают к различным технологиям смешения трех базовых цветов (RGB). От способа их сложения зависит цветовая температура получаемого белого света.
Одним из способов получения белого свечения является покрытие излучающего кристалла тремя слоями люминофора, причем каждый слой отвечает за свой базовый цвет. Другой метод состоит в нанесении двух слоев люминофора на кристалл голубого цвета.
Осветительные SMD LED
Большинство осветительных светодиодов также выпускаются в корпусах SMD. В отличие от индикаторных, характеризуются большей мощностью и производятся только в белом цвете.
Основная область применения SMD – светодиодные ленты и лампы, переносные фонари, фары автотранспорта. При этом они дают довольно направленное излучение (порядка 100⁰-130⁰), поэтому при освещении больших территорий приходится использовать большое количество этих LED для равномерной засветки площади.
Конструктивно осветительные SMD представляют собой покрытый люминофором излучающий кристалл на теплоотводящей подложке, обычно медной или алюминиевой. Встречаются как разновидности с линзой, так и без нее.
COB светодиоды
Большое распространение получили светодиоды типа COB (Chip On Board, чип на плате). По сути, это интеграция большого количества (обычно несколько десятков) кристаллов SMD в одном корпусе, которые потом покрываются люминофором.
На картинке вверху показаны для сравнения Cree SMD 5050 (слева) и COB – матрица из 36 чипов (справа).
COB используются только для освещения. Их световой поток на порядок больше, чем у одиночных SMD. Однако следует учесть, что эти светодиоды не подойдут для создания узконаправленного излучения ввиду большого угла рассеяния светового потока. При этом создать абсолютно ненаправленное излучение тоже не получится – угол рассеяния светодиодов менее 180⁰.
Filament LED
Этот тип светодиодов также используется пока только для освещения. Широкое распространение получили в качестве декоративной подсветки помещений. Спектр свечения, в отличие от SMD и COB, гораздо приятнее человеческому глазу и напоминает свет лампы накаливания. При этом сохраняются все присущие LED достоинства: низкое энергопотребление и долгий срок службы.
В этом ролике демонстрируется сравнение декоративной лампы накаливания мощностью 40 Вт и лампы Filament на 4 Вт:
Здесь видно, что при мощности в 10 раз меньше, световой поток, отдаваемый лампой Filament, в 3-4 раза больше.
В то же время КПД Filament даже выше, чем у тех же SMD, — при одинаковой мощности первые позволяют получить большую освещенность. Это достигается за счет технологии COG (Chip On Glass, чип на стекле), при которой светоизлучающие кристаллы устанавливаются на стеклянную подложку, а затем покрываются люминофором.
Сама подложка имеет цилиндрическую форму, что позволяет получить угол рассеяния светового потока 360⁰. То есть такие LED очень хороши при создании ненаправленного излучения.
Лазерные диоды
И напоследок еще об одном типе, который нельзя отнести ни к индикаторным, ни к осветительным LED, – лазерный диод. Собственно, светодиодом его можно считать с натяжкой, поскольку по технологии производства он не имеет ничего общего с обычными LED.
Лазерные диоды представляют собой особым образом обработанные полупроводниковые кристаллы, которые при подаче напряжения генерируют очень узкий пучок света. При этом образцы нового поколения позволяют получить угол расхождения луча в пределах 5-10⁰. Встречаются как модели, работающие в видимом диапазоне, так и вне его (УФ и ИК).
Широкое применение эти диоды нашли в лазерных указках, целеуказателях, DVD-приводах, оптических компьютерных мышах, линиях оптоволоконной связи.
Заключение
Четко классифицировать все многообразие светодиодов достаточно сложно, поскольку редко те или иные LED производятся для каких-то конкретных целей. Тем не менее, основные направления их применения, — индикация и освещение, — пока остаются прежними, и приведенная здесь классификация подойдет для создания общего представления о видах светодиодов.
Источник: http://ledno.ru/svetodiody/vidy-led.html
ДИОДЫ
Источник: http://elwo.ru/publ/spravochniki/diody/2-1-0-142
Обозначение диодов. Виды, маркировка и назначение диодов :
Обозначение диодов графическими элементами является условным показателем характеристик, которыми обладает устройство. На данный момент элементов довольно много, их база разнообразна. Поэтому между собой сокращения отличаются максимально.
Сложные графические обозначения имеют разные диоды, в том числе тоннельные, стабилитроны и другие. На данный момент имеются разновидности, которые могут напоминать газоразрядную лампочку. Более того, такие светодиоды горят, что помогает человеку запутаться еще больше в их применении.
Диоды полупроводниковые
Такие устройства являются максимально простыми, они известны большому количеству радиолюбителей. Имеется цилиндрическое основание, дисковая форма, на ножках нанесены обозначения диодов. Метки максимально понятны и заметны. То, каким цветом оформлен корпус, совершенно не играет никакой роли. На низкую мощность будет указывать небольшой размер.
Если говорить о довольно мощном диоде, то идет речь о наличии резьбы под гайку. Как правило, это нужно для крепления радиатора. Для осуществления работы системы охлаждения используются навесные элементы.
На данный момент потребляемая мощность последовательно падает, соответственно, размеры корпусов любого прибора уменьшаются. Благодаря этому можно использовать стекло.
Такой материал будет дешевле, прочнее и намного безопаснее при использовании.
Маркировка
Если говорить об обозначении диодов, то следует сказать, что на первом месте будет стоять буква или цифра, которая характеризует материал. В качестве такого может выступать галлий, кремний, германий и индий. Соответственно, на корпусе будут нанесены такие буквы (цифры): А (3), К (2), Г (1), И (4).
На втором месте будет стоять характеристика диода. Нужно сказать, что, как правило, ее расшифровку следует смотреть в инструкции. Наиболее популярным является обозначение Д. Это означает, что устройство выпрямительное либо импульсивного типа.
На третьем месте будет находиться цифра, которая охарактеризует сферу применения диода. Здесь используются числа от 1 до 9. Минимальной характеристикой является 1 – низкочастотные, которые имеют ток ниже 0,3.
Девятка же означает импульсивность, при которой время жизни носителей будет намного ниже, чем показатель 1 нс. Номер разработки может либо быть указан, либо нет.
Нужно заметить, что номинал, который имеет однозначное число, всегда впереди дополняется нулем. К примеру, партия 7 будет записываться как 07. Номер группы производители, как правило, обозначают буквой. Благодаря ей можно узнать различные свойства и параметры устройства. Она также указывает на напряжение, подаваемый ток и так далее.
Нюансы
В дополнение к таким обозначениям диодов используются также некоторые графические показатели. Благодаря им, можно решить задачу и понять, насколько высокой является рабочая точка устройства.
Иногда на диоды наносятся данные о том, какая техника производства выбрана, какой имеется материал корпуса, масса устройства.
В принципе, такая информация будет полезна тому, кто создает аппаратуру, любителям такие данные не нужны.
Нужно заметить, что импортные производители работают по другой схеме. Маркировка диода такого типа будет довольно простой, ее значение можно посмотреть в специальной таблице. Именно поэтому аналоги будет отыскать очень легко.
Цветовая маркировка
Многие радиолюбители знают, что большинство диодов, к сожалению, на одно лицо.
Однако нужно заметить, что на некоторые устройства все же наносится специальная цветовая маркировка, которая позволяет сразу опознать такие устройства.
Если смотреть на таблицу маркировки диодов, то можно сказать, что делятся они на 2 основных типа. Речь идет об обозначении анода и катода, а также нередко производители цвет корпуса заменяют обычной цветной точкой.
С первого взгляда можно отличить любые цветные диоды, о которых пойдет речь ниже.
Например, диоды семейства КД410 отличаются тем, что имеют точку в районе расположения анода. Корпус прозрачный у диодов КД102. У устройства КД274 возле катода можно заметить два цветных кольца. Нужно заметить, что существуют еще и другие различимые метки, которые позволят с легкостью отличить устройства друг от друга.
Многие новички, рассматривая виды диодов, к сожалению, не могут определить, где находится анод, где катод.
Нужно заметить, что новые устройства, которые создаются в современное время, работают таким образом, что анод имеет усик немного длиннее, чем катод.
Также, если человек умеет использовать мультиметр, он сможет с легкостью отличить анод от катода. Катод можно также найти по темной полосе, если рассматривать боковину цилиндра. Это также является цветной маркировкой.
У иностранных производителей есть своя система обозначений. Если необходимо выбрать аналог, то следует использовать таблицы соответствий. В остальном характеристики устройств от отечественных не отличаются. Цветная маркировка, а также многие другие обозначения параметров диодов, как правило, соответствует либо стандартам США, либо европейской системе.
SMD-диоды
К сожалению, при создании SMD-устройств они получаются настолько маленькими, что маркировка нередко не наносится. Нужно заметить, что характеристики таких устройств от габаритов практически не зависят.
Единственное, что необходимо указать: габариты влияют на рассеиваемую мощность. Для того чтобы большой ток мог пройти по цепи, необходимо, чтобы диод имел большие размеры.
Нюансы маркировки SMD-диодов
Если все же рассматривать устройства, которые имеют цветовое обозначение, у диодов следует выделить следующие виды маркировки:
В электронике, к сожалению, SMD-элементы занимают около 80 % всех приспособлений. Их можно поверхностно устанавливать. Особенно, если говорить об автоматизированных сборках, эти устройства максимально удобны.
Следует заметить, что нередко маркировка не соответствует действительным наполнениям корпуса. Когда создается огромный объем партии, производитель иногда начинает хитрить: характеристики указываются одни, а диод работает совершенно по-другому. Из-за таких несоответствий может быть путаница, если говорить об использовании устройства в микросхемах.
Корпус
Что касается корпуса, то здесь обозначение полупроводниковых диодов, точно так же, как и других, является уникальным. Указывается четыре цифры, которые обозначают типоразмер. В целом они никак не соответствуют габаритам.
Если хочется об этом узнать более подробно, то необходимо обратиться к ГОСТам. Люди, которые не имеют возможности работать с нормативными актами в следствии каких-либо нюансов, могут использовать обычные справочные таблицы.
Следует заметить, что корпуса SMD-устройств от производителя к производителю могут между собой отличаться по мелочам. Дело в том, что любой производитель создает базу под свою технику, соответственно, некоторые детали приходится менять.
Соответственно, также габариты корпусов вышеописанных приборов SMD нужны разные, они также должны выполнять другие требования для корректной работы, такие как условие отвода тепла и так далее.
Поэтому перед покупкой следует не только руководствоваться цифрами справочника, но и сделать замеры. Особенно если речь идет о ремонте какой-либо техники.
Иначе такие диоды могут попросту не установиться в те места, где они необходимы.
Дополнительная информация
Устройство SMD довольно сложное в монтаже, поэтому многие новички не рискуют с ними работать. Однако мастера должны отлично уметь руководить такой электроникой, так как на данный момент подобные устройства является одними из самых популярных среди других видов диодов.
Также следует принять во внимание то, что при выборе приборов необходимо смотреть на их характеристики и внешние отличия. Иногда корпуса по сути одни и те же, а маркировка другая. В некоторых обозначениях могут отсутствовать буквы или цифры. Соответственно, необходимо иметь под рукой таблицы, которые позволяют максимально ориентироваться в подобном вопросе.
Обозначение выпрямительного диода также можно найти в аналогичной справочной таблице.
Источник: https://www.syl.ru/article/367923/oboznachenie-diodov-vidyi-markirovka-i-naznachenie-diodov
Полупроводниковый диод: виды, как работает и область применения
Диод представляет собой простой полупроводниковый прибор, который нашел широкое применение в технике. Не каждый человек знает, что такое диод, и еще меньшее количество людей точно представляет себе принцип работы изделия.
- Устройство и принцип работы
- Основные виды
- Область применения
При этом существует большое количество разновидностей этого прибора, о которых стоит знать всем, кто интересуется радиоэлектроникой.
Устройство и принцип работы
Если понять, как работает диод, то разобраться в устройстве этого полупроводникового прибора будет довольно просто.
Основу детали составляет токовый переход, соединенный с двумя контактами (положительным — анодом и отрицательным — катодом).
При прямом включении напряжения открывается переход, сопротивление которого небольшое. В результате через изделие проходит ток, называемый прямым.
Современные диоды имеют принципиальное отличие от первых моделей, активно используемых во время радиоламп. В полупроводниковых радиодеталях токовый переход изготавливается из кремния или германия и носит название р-n-переход. Основное различие между этими материалами заключается в показателях прямого напряжения, при которых происходит открытие.
Так как полупроводниковый кристалл может эффективно работать в любых условиях, то необходимость создания особой среды исчезла.
Основные виды
Диоды принято классифицировать по нескольким параметрам. В зависимости от рабочих частот, они могут быть низко-, высокочастотными, а также способными функционировать в условиях сверхвысоких частот. Также существует деление и в соответствии с конструктивными особенностями, где можно выделить следующие виды диодов:
- Диод Шоттки — вместо привычного p-n-перехода используется металл. С одной стороны, это позволяет добиться минимальных потерь напряжения при прямом включении. Однако с другой при высоком обратном токе, изделие быстро выходит из строя.
- Стабилитрон — позволяет стабилизировать напряжение.
- Стабистор — отличается от стабилитрона меньшей зависимостью напряжения от тока.
- Диод Гана — лишен p — n -перехода, вместо которого используется особый кристалл. Используется для работы в диапазоне сверхвысоких частот.
- Варикап — представляет собой сочетание диода с конденсатором. Емкость изделия зависит от обратного напряжения в области p — n -перехода, а применяется он при создании колебательных контуров.
- Фотодиод — попадание светового потока на токовый переход приводит к созданию в нем разности потенциалов. Если замкнуть в этот момент цепь, то в ней появится ток.
- Светодиод — при достижении определенного показателя тока в p — n -переходе, устройство начинает излучать световой поток.
Область применения
Сфера использования этих деталей в современной радиотехнике высока. Сложно найти устройство, которое работает без этих деталей. Чтобы понять, для чего нужен диод, можно привести несколько примеров:
- Диодные мосты — содержат от 4 до 12 полупроводниковых устройств, которые соединяются между собой. Основной задачей диодных мостов является выпрямление тока, и они активно используются, например, при создании генераторов для автомобилей.
- Детекторы — создаются при сочетании диодов и конденсаторов. В результате появляется возможность выделить низкочастотную модуляцию из различных сигналов. Применяются при изготовлении радио- и телеприемников.
- Защитные устройства — позволяют обезопасить электрическую схему от возможных перегрузок. Несколько изделий подключаются в обратном направлении. Когда схема работает нормально, то они остаются в закрытом положении. Как только входное напряжение достигает критических показателей, устройство активируются.
- Переключатели — такие системы на основе этих изделий позволяют осуществлять коммутацию высокочастотных сигналов.
- Системы искрозащиты — создание шунт-диодного барьера позволяет ограничить показатель напряжения в электроцепи. Для увеличения степени защиты вместе с полупроводниковыми деталями используются специальные токоограничивающие резисторы.
Это лишь несколько примеров использования диодов. Они являются достаточно надежными устройствами, с помощью которых можно решать большое количество задач. Чаще всего эти радиодетали выходят из строя по причине естественного старения либо из-за перегрева.
Источник: https://tokar.guru/hochu-vse-znat/kak-rabotaet-diod-i-kakie-vidy-suschestvuyut.html
Полупроводниковый диод
Главная > Теория > Полупроводниковый диод
Известный всем радиолюбителям полупроводниковый диод, или диодный вентильный элемент, – это особое электронное устройство, проводящее ток только в одну из сторон. Данный эффект объясняется наличием в этом приборе специального p-n (n-p) перехода, смещающего границу раздела в определённую сторону и обеспечивающего его однонаправленную проводимость.
Структурная схема диода
Диоды изготавливаются из полупроводникового материала, в качестве которого в прошлые годы использовался германий (в настоящее время он практически повсеместно заменён кремнием).
Электрическая структура и схема диода
Полупроводниковый диод схематически может быть представлен в виде электронного перехода, образующегося на границе раздела двух кристаллических сред с «p» и «n» проводимостями.
К каждой из образующих этот переход пластине методом контактной сварки подсоединяются электрические выводы.
Вследствие этого у полупроводникового устройства с такой конструкцией образуются два полюса, называемые анодом и катодом.
Электрическое изображение различных типов диодов
Для создания полупроводниковых переходов в старых диодах применялись германий и селен, но позже эти материалы были замещены более эффективным, удобным в применении и дешёвым кремнием.
Возможность однонаправленного пропускания электрических зарядов позволила использовать их в электронных схемах, предназначенных для преобразования токовых параметров.
С электрическим графиком (вольтамперной характеристикой – ВАХ) диодного перехода можно ознакомиться на рисунке ниже.
График электронного перехода
Классификация диодов
Полупроводниковые диоды могут классифицироваться по целому ряду признаков, основными из которых являются:
- Особенности конструкции;
- Назначение конкретного изделия;
- Виды сигналов, для работы с которыми предназначается данный прибор.
Классификация диодов по их конструктивным особенностям предполагает деление на точечные и сплавные изделия, отличающиеся технологией формирования перехода. По своему функциональному назначению все эти устройства делятся на следующие виды:
- Выпрямительные диоды;
- Приборы для задания опорных потенциалов;
- Ограничители сигналов;
- Блокирующие, управляемые и генерирующие устройства.
Ко второй категории следует отнести стабилитроны, работающие на обратной ветви ВАХ и позволяющие получать фиксированное напряжение. Для ограничения уровня сигнала применяется особый способ включения диодов, состоящий во встречном размещении двух или более элементов.
Обратите внимание! В этом случае любой поступающий на них сигнал (постоянный или переменный) будет ограничен прямым падением напряжения на переходе, для кремния не превышающим 0,5-0,7 Вольта.
К последней группе относятся такие распространенные наименования полупроводников, как варикапы, светодиоды, туннельные диоды, лазеры и подобные им устройства.
По виду пропускаемого через переход сигнала все диоды делятся на импульсные и линейные приборы.
Преимущества
Полупроводниковые диоды в случае их непосредственного включения в схему обеспечивают следующие преимущества:
- Абсолютная взаимозаменяемость различных образцов;
- Высокое качество обработки сигналов;
- Миниатюрность и долговечность;
- Удобство монтажа и замены;
- Доступность и дешевизна.
Все перечисленные достоинства превратили эти полупроводниковые детали в одни из самых ходовых и востребованных элементов, используемых при проектировании большинства образцов современной радиоаппаратуры. Удобство работы с ними также проявляется в лёгкости подбора подходящего аналога (отечественного или зарубежного).
Маркировка
Нанесённая на полупроводниковый диод маркировка может рассматриваться как аббревиатура от основных параметров, характеризующих свойства конкретного прибора. Так, КД196В, например, расшифровывается как диод кремниевый с напряжением 9,6 Вольта с характеристиками класса «В».
На основании этого обозначения можно сделать вывод о следующей расшифровке маркировки по порядку знаков:
- Первая буква указывает на материал, из которого изготавливается переход прибора;
- Второй знак – это начальная буква его наименования;
- Далее следует цифра, определяющая назначение изделия;
- На следующем месте ставится величина рабочего напряжения.
На последней позиции указывается значок, характеризующий вариант исполнения данного диода.
Принцип работы выпрямителя
Выпрямительный полупроводниковый диод работает по предельно простому принципу, состоящему в следующем:
- Во-первых, в диоде на основе кремния при изготовлении образуется переход, по одну сторону которого располагается область p-типа, насыщенная «дырками», а по другую n-типа (с избытком электронов);
- Во-вторых, за счёт такого распределения образуется электрическое поле, смещающее потенциалы в одну из сторон и пропускающее протекающие по изделию токи;
- И, в-третьих, для токов, протекающих в обратную по отношению к смещающему потенциалу сторону, сопротивление диодного перехода резко увеличивается.
Вследствие этого постоянный ток будет свободно протекать в одну из сторон перехода и практически отсутствовать при обратной полярности источника питания (смотрите рисунок).
Принцип работы
Если на диод подаётся переменное напряжение, положительная его ветвь будет пропускаться через переход, а отрицательная – почти полностью задерживаться. В результате этого на выходе диода получится частично выпрямленное напряжение, которое после дополнительной фильтрации может быть превращено в постоянное.
Именно потому, что полупроводниковый переход в диоде очень мал, (тысячные доли миллиметра), ток через него протекает особым образом.
При подаче напряжения одной полярности, благодаря ориентации поля в прямом направлении, ток может проходить через электрический барьер, образованный зарядами дырок и электронов.
При смене полярности напряжения поле меняет свою ориентацию, зона перехода резко расширяется, не позволяя носителям преодолевать его. Ток в цепи нагрузки сразу же прекращается.
Вольтамперные характеристики (идеальная и реальная)
Зависимость тока в диодном элементе от подаваемого на полюсы напряжения определяется, прежде всего, тем материалом, из которого он изготавливается. Помимо этого, на форму ВАХ влияют некоторые параметра полупроводникового перехода.
Идеальная характеристика
Так, идеальный образец изделий этого класса должен располагать следующими показателями:
- Сопротивление перехода в прямом включении изделия – ноль Ом;
- Разница потенциалов, образующаяся вследствие тепловых колебаний энергоносителей, – не более 0,1 Вольта;
- Дифференциальное сопротивление прямой ветви ВАХ должно превышать тот же показатель для обратной её части во много раз.
При соблюдении всех этих «идеальных» условий должен получиться график, приведенный на размещённом ниже рисунке.
ВАХ идеального диода
Особенности характеристик диодных изделий позволяют использовать их во многих отраслях электронной промышленности, включая лазерную индустрию, цифровую электронику и производство медицинского оборудования.
Реальная ВАХ
На практике параметры конкретных полупроводниковых элементов существенно отличаются от тех, что для удобства описания принимаются за идеальные. Большинство промышленных диодов не способно обеспечить повторение этих характеристик, что в практическом плане и не всегда требуется.
Реальная ВАХ полупроводникового диода выбранного типа указывает на то, что у него существуют значительные отклонения как по параметрам тока, так и по крутизне преобразования (по динамическому сопротивлению). Вследствие этого прибор типа «диод» способен выдерживать строго ограниченные нагрузки, которые, как правило, выражаются следующими его предельными показателями:
- Максимальный прямой выпрямленный ток;
- Ток обратной утечки;
- Максимальное прямое и обратное напряжение;
- Падение потенциала на p-n переходе (рабочий параметр);
- Предельная рабочая частота обрабатываемого сигнала (в Герцах).
Относительно последнего параметра типового элемента необходимо отметить, что в соответствие с его значением все диоды делятся на низкочастотные (НЧ), среднечастотные (СЧ) и высокочастотные (ВЧ).
Обратите внимание! У самых высокочастотных образцов современных импульсных изделий этот показатель может доходить до сотен мегагерц.
Для каждого отдельного образца изделия приведённые выше показатели принимают вполне конкретные значения, которые могут изменяться в очень широких пределах. Так, для выбранной модели полупроводника (КД202, например), они имеют следующий ряд чётко определённых значений:
- Iпр = 5 Ампер;
- Iобр = 1000 микроампер;
- Uпр = 0,5 Вольт;
- Uобр = 50-600 Вольт (в зависимости от буквы, стоящей на конце обозначения);
- F макс = 5 Килогерц.
Важно! При превышении предельных значений указанных показателей данный прибор со стопроцентной гарантией выходит из строя (такие параметры называются током и напряжением пробоя).
В завершающей части обзора отметим, что по приведённым выше параметрам одни изделия могут существенно отличаться от других, что также относится и к конструкции их корпуса. Со всем многообразием существующих диодных приборов и их рабочими характеристиками можно ознакомиться в специальной технической литературе и в соответствующих справочниках.
Видео
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/poluprovodnikovyjj-diod.html
(нет голосов)
Загрузка...
detector