Diodele semiconductoare sunt utilizate pe scară largă în electronică și industria electronică. Ele sunt utilizate atât independent, cât și ca o joncțiune p-n a tranzistorilor și a multor alte dispozitive. Ca componentă discretă, diodele sunt o parte cheie a multor circuite electronice. Găsesc multe aplicații, de la aplicații de putere redusă la redresoare.
Ce este o diodă?
Tradus din greacă, numele acestui element electronic înseamnă literal „două terminale”. Se numesc anod și catod. Într-un circuit, curentul curge de la anod la catod. Dioda semiconductoare este un element cu o singură față și fluxul de curent în direcția opusă este blocat.
Principiul de funcționare
Dispozitivul diodelor semiconductoare este foarte diferit. Acesta este motivul pentru care există multe tipuri de ele, care diferă atât prin valoarea nominală, cât și prin funcțiile pe care le îndeplinesc. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor principiul de bazăfuncționarea diodelor semiconductoare este aceeași. Acestea conțin o joncțiune p-n, care oferă funcționalitatea lor de bază.
Acest termen este de obicei folosit cu referire la forma standard a unei diode. De fapt, se aplică aproape oricărui tip de ele. Diodele formează coloana vertebrală a industriei electronice moderne. Totul - de la elemente simple și tranzistori la microprocesoare moderne - se bazează pe semiconductori. Principiul de funcționare al unei diode semiconductoare se bazează pe proprietățile semiconductorilor. Tehnologia se bazează pe un grup de materiale, a căror introducere de impurități în rețeaua cristalină face posibilă obținerea de regiuni în care golurile și electronii sunt purtători de sarcină.
P-n-jonction
Dioda de tip p-n și-a primit numele deoarece folosește o joncțiune p-n care permite curentului să circule într-o singură direcție. Elementul are alte proprietăți care sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă. Diodele semiconductoare, de exemplu, pot emite și detecta lumină, pot modifica capacitatea și pot regla tensiunea.
P-n-joncțiunea este o structură semiconductoare de bază. După cum sugerează și numele, este o joncțiune între regiunile de tip p și n. Tranziția permite purtătorilor de sarcină să se miște într-o singură direcție, ceea ce, de exemplu, face posibilă convertirea curentului alternativ în curent continuu.
Diodele standard sunt de obicei fabricate din siliciu, deși germaniul și alte materiale semiconductoare sunt, de asemenea, folosite, în principal în scopuri speciale.
Volt-caracteristica amperului
Dioda este caracterizată de o curbă curent-tensiune, care poate fi împărțită în 2 ramuri: înainte și invers. În sens opus, curentul de scurgere este aproape de 0, dar odată cu creșterea tensiunii crește încet și, când se atinge tensiunea de defalcare, începe să crească brusc. În direcția înainte, curentul crește rapid cu tensiunea aplicată peste pragul de conducție, care este de 0,7 V pentru diodele cu siliciu și 0,4 V pentru germaniu. Celulele care folosesc materiale diferite au caracteristici volt-amper și prag de conducție și tensiuni de defectare diferite.
Dioda p-n-jonction poate fi considerată un dispozitiv de nivel de bază. Este utilizat pe scară largă în multe aplicații, de la circuite de semnal și detectoare până la limitatoare sau supresoare de tranzitorii în bobine de inducție sau relee și redresoare de mare putere.
Funcții și parametri
Specificațiile diodei oferă o mulțime de date. Cu toate acestea, explicații precise despre ceea ce sunt acestea nu sunt întotdeauna disponibile. Mai jos sunt detaliile diferitelor caracteristici și parametri ai diodei, care sunt furnizați în specificații.
Material semiconductor
Materialul folosit în joncțiunile p-n este de o importanță capitală deoarece afectează multe dintre caracteristicile fundamentale ale diodelor semiconductoare. Siliciul este cel mai utilizat datorită eficienței sale ridicate și costurilor de producție reduse. Un altul folosit frecventelementul este germaniu. Alte materiale sunt de obicei utilizate în diodele cu destinații speciale. Alegerea materialului semiconductor este importantă deoarece determină pragul de conducție - aproximativ 0,6 V pentru siliciu și 0,3 V pentru germaniu.
Scădere de tensiune în modul curent continuu (U pr.)
Orice circuit electric prin care trece curentul provoacă o cădere de tensiune, iar acest parametru al unei diode semiconductoare este de mare importanță, mai ales pentru redresare, când pierderile de putere sunt proporționale cu ave U. În plus, componentele electronice trebuie adesea să oferă o mică cădere de tensiune, deoarece semnalele pot fi slabe, dar totuși trebuie să o depășească.
Acest lucru se întâmplă din două motive. Prima constă în însăși natura joncțiunii p-n și este rezultatul unei tensiuni de prag de conducție care permite curentului să traverseze stratul de epuizare. A doua componentă este pierderea rezistivă normală.
Indicatorul este de mare importanță pentru diodele redresoare, care pot transporta curenți mari.
Varf de tensiune inversă (U arr. max)
Aceasta este cea mai mare tensiune inversă pe care o poate rezista o diodă semiconductoare. Nu trebuie depășit, altfel elementul se poate defecta. Nu este vorba doar de tensiunea RMS a semnalului de intrare. Fiecare circuit trebuie luat în considerare în baza meritelor sale, dar pentru un simplu redresor cu jumătate de undă cu un condensator de netezire, amintiți-vă că condensatorul va menține o tensiune egală cu vârful de intrare.semnal. Dioda va fi apoi supusă vârfului semnalului de intrare în direcția inversă și, prin urmare, în aceste condiții va exista o tensiune inversă maximă egală cu valoarea de vârf a undei.
Curentul maxim înainte (U pr. max)
La proiectarea unui circuit electric, asigurați-vă că nu sunt depășite nivelurile maxime ale curentului diodei. Pe măsură ce curentul crește, se generează căldură suplimentară, care trebuie îndepărtată.
Curentul de scurgere (Arr. I)
Într-o diodă ideală, nu ar trebui să existe curent invers. Dar în joncțiunile p-n reale, se datorează prezenței purtătorilor de sarcină minoritari în semiconductor. Cantitatea de curent de scurgere depinde de trei factori. Evident, cea mai semnificativă dintre acestea este tensiunea inversă. De asemenea, curentul de scurgere depinde de temperatură - odată cu creșterea sa, crește semnificativ. În plus, depinde foarte mult de tipul de material semiconductor. În acest sens, siliciul este mult mai bun decât germaniul.
Curentul de scurgere este determinat la o anumită tensiune inversă și o anumită temperatură. Este de obicei specificat în microamperi (ΜA) sau picoamperi (pA).
Capacitate de tranziție
Toate diodele semiconductoare au capacitatea de joncțiune. Zona de epuizare este o barieră dielectrică între două plăci care se formează la marginea regiunii de epuizare și regiunea cu cei mai mulți purtători de sarcină. Valoarea efectivă a capacității depinde de tensiunea inversă, ceea ce duce la o modificare a zonei de tranziție. Creșterea sa extinde zona de epuizare și, în consecință,reduce capacitatea. Acest fapt este exploatat în varactor sau varicap, dar pentru alte aplicații, în special aplicații RF, acest efect trebuie redus la minimum. Parametrul este de obicei specificat în pF la o tensiune dată. Diode speciale cu rezistență scăzută sunt disponibile pentru multe aplicații RF.
Tip de caz
În funcție de scop, diodele semiconductoare sunt produse în pachete de diferite tipuri și forme. În unele cazuri, în special atunci când este utilizat în circuitele de procesare a semnalului, pachetul este un element cheie în determinarea caracteristicilor generale ale acelui element electronic. În circuitele de putere în care disiparea căldurii este importantă, pachetul poate determina mulți dintre parametrii generali ai unei diode. Dispozitivele de mare putere trebuie să poată fi atașate la un radiator. Articolele mai mici pot fi produse în cutii de plumb sau ca dispozitive de montare pe suprafață.
Tipuri de diode
Uneori este util să vă familiarizați cu clasificarea diodelor semiconductoare. Cu toate acestea, unele articole pot aparține mai multor categorii.
Diodă inversată. Deși nu este la fel de utilizat, este un tip de element de tip p-n, care în acțiunea sa seamănă foarte mult cu tunelul. Prezintă cădere scăzută de tensiune la starea de pornire. Găsește utilizare în detectoare, redresoare și comutatoare de în altă frecvență.
Diodă de tranzit cu injecție. Are multe în comun cu zborul cu avalanșă mai frecvent. Folosit în generatoarele cu microunde și sistemele de alarmă.
Diode Gunn. Nu aparține tipului p-n, ci este un dispozitiv semiconductor cu două terminale. Este folosit în mod obișnuit pentru a genera și converti semnale cu microunde în intervalul 1-100 GHz.
Emițătoare de lumină sau LED-uri este unul dintre cele mai populare tipuri de componente electronice. În polarizarea directă, curentul care curge prin joncțiune face ca lumina să fie emisă. Folosesc semiconductori compuși (de exemplu, arseniură de galiu, fosfură de galiu, fosfură de indiu) și pot străluci într-o varietate de culori, deși inițial erau limitate doar la roșu. Există multe evoluții noi care schimbă modul în care funcționează și sunt produse afișajele, OLED fiind un exemplu.
Fotodiodă. Folosit pentru a detecta lumina. Când un foton lovește o joncțiune p-n, poate crea electroni și găuri. Fotodiodele funcționează de obicei în condiții de polarizare inversă, unde chiar și curenții mici generați de lumină pot fi detectați cu ușurință. Fotodiodele pot fi folosite pentru a genera electricitate. Uneori, elemente de tip pin sunt folosite ca fotodetectori.
Diodă pin. Denumirea elementului electronic descrie bine dispozitivul unei diode semiconductoare. Are regiuni standard de tip p și n, dar există o regiune internă fără impurități între ele. Are ca efect creșterea zonei regiunii de epuizare, ceea ce poate fi util pentru comutare, precum și în fotodiode etc.
Joncțiunea p-n standard poate fi considerată normalăsau tipul standard de diodă care este în uz astăzi. Ele pot fi utilizate în aplicații RF sau în alte aplicații de joasă tensiune, precum și în redresoare de în altă tensiune și de mare putere.
diode Schottky. Au o cădere de tensiune directă mai mică decât semiconductorii standard de siliciu de tip p-n. La curenți mici, poate fi de la 0,15 la 0,4 V și nu 0,6 V, ca în cazul diodelor de siliciu. Pentru a face acest lucru, nu sunt făcute ca de obicei - folosesc un contact metal-semiconductor. Sunt utilizate pe scară largă ca limitatoare, redresoare și în echipamente radio.
Diodă cu acumulare de încărcare. Este un tip de diodă cu microunde folosită pentru a genera și modela impulsuri la frecvențe foarte în alte. Funcționarea sa se bazează pe o caracteristică de declanșare foarte rapidă.
Diodă laser. Diferă de obișnuit care emite lumină, deoarece produce lumină coerentă. Diodele laser sunt folosite în multe dispozitive, de la unități DVD și CD până la pointere laser. Sunt mult mai ieftine decât alte forme de lasere, dar semnificativ mai scumpe decât LED-urile. Au o durată de viață limitată.
Diodă tunel. Deși nu este utilizat pe scară largă astăzi, a fost folosit anterior în amplificatoare, oscilatoare și dispozitive de comutare, circuite de temporizare a osciloscopului, când era mai eficient decât alte elemente.
Varactor sau varicap. Folosit în multe dispozitive RF. Pentru această diodă, polarizarea inversă modifică lățimea stratului de epuizare în funcție de tensiunea aplicată. În această configurație, acestaacționează ca un condensator cu o regiune de epuizare care acționează ca un dielectric izolator și plăci formate din regiunile conductoare. Folosit în oscilatoare controlate de tensiune și filtre RF.
Diodă Zener. Este un tip de diodă foarte util, deoarece oferă o tensiune de referință stabilă. Din acest motiv, dioda zener este folosită în cantități uriașe. Funcționează în condiții de polarizare inversă și se sparge atunci când este atinsă o anumită diferență de potențial. Dacă curentul este limitat de un rezistor, atunci acesta oferă o tensiune stabilă. Folosit pe scară largă pentru a stabiliza sursele de alimentare. Există 2 tipuri de defalcare inversă în diodele Zener: descompunerea Zener și ionizarea prin impact.
Astfel, diverse tipuri de diode semiconductoare includ elemente pentru aplicații de putere mică și de mare putere, care emit și detectează lumină, cu cădere de tensiune directă scăzută și capacitate variabilă. În plus, există o serie de varietăți care sunt utilizate în tehnologia cuptorului cu microunde.
