Puslaidininkiniai diodai plačiai naudojami elektronikos ir elektronikos pramonėje. Jie naudojami tiek atskirai, tiek kaip tranzistorių ir daugelio kitų įrenginių p-n-jungtis. Diodai, kaip atskiras komponentas, yra pagrindinė daugelio elektroninių grandinių dalis. Jie randa daug pritaikymų nuo mažos galios programų iki lygintuvų.
Kas yra diodas?
Išvertus iš graikų kalbos, šio elektroninio elemento pavadinimas pažodžiui reiškia „du terminalai“. Jie vadinami anodu ir katodu. Grandinėje srovė teka iš anodo į katodą. Puslaidininkinis diodas yra vienpusis elementas, o srovės srautas priešinga kryptimi yra blokuojamas.
Veikimo principas
Puslaidininkinių diodų įtaisas labai skiriasi. Dėl šios priežasties yra daugybė jų tipų, kurie skiriasi ir nominalia verte, ir atliekamomis funkcijomis. Tačiau daugeliu atvejų pagrindinis principasPuslaidininkinių diodų veikimas yra toks pat. Juose yra p-n jungtis, kuri užtikrina pagrindines jų funkcijas.
Šis terminas paprastai vartojamas kalbant apie standartinę diodo formą. Tiesą sakant, tai taikoma beveik bet kokiam jų tipui. Diodai yra šiuolaikinės elektronikos pramonės pagrindas. Viskas – nuo paprastų elementų ir tranzistorių iki šiuolaikinių mikroprocesorių – paremta puslaidininkiais. Puslaidininkinio diodo veikimo principas pagrįstas puslaidininkių savybėmis. Technologija pagrįsta medžiagų grupe, kurios į kristalinę gardelę patekusios priemaišos leidžia gauti sritis, kuriose skylės ir elektronai yra krūvininkai.
P-n-sankryža
P-n tipo diodas gavo savo pavadinimą, nes jame naudojama p-n sandūra, leidžianti srovei tekėti tik viena kryptimi. Elementas turi kitų savybių, kurios taip pat plačiai naudojamos. Pavyzdžiui, puslaidininkiniai diodai gali skleisti ir aptikti šviesą, keisti talpą ir reguliuoti įtampą.
P-n sandūra yra pagrindinė puslaidininkių struktūra. Kaip rodo pavadinimas, tai yra p ir n tipo regionų sandūra. Perėjimas leidžia krūvininkams judėti tik viena kryptimi, o tai, pavyzdžiui, leidžia kintamąją srovę paversti nuolatine.
Standartiniai diodai dažniausiai gaminami iš silicio, nors taip pat naudojamas germanis ir kitos puslaidininkinės medžiagos, daugiausia specialiais tikslais.
Voltas-amperų charakteristika
Diodui būdinga srovės ir įtampos kreivė, kurią galima suskirstyti į 2 šakas: pirmyn ir atgal. Priešinga kryptimi nuotėkio srovė yra artima 0, tačiau didėjant įtampai ji lėtai didėja ir, pasiekus gedimo įtampą, pradeda smarkiai didėti. Priekyje srovė greitai kyla, kai naudojama įtampa viršija laidumo slenkstį, kuris yra 0,7 V silicio diodams ir 0,4 V germaniui. Celės, kuriose naudojamos skirtingos medžiagos, turi skirtingas voltų amperų charakteristikas, laidumo slenkstį ir gedimo įtampą.
P-n sandūros diodas gali būti laikomas pagrindinio lygio įrenginiu. Jis plačiai naudojamas daugelyje programų, pradedant signalų grandinėmis ir detektoriais, baigiant ribotuvais ar pereinamojo laikotarpio slopintuvais indukcinėse arba relės ritėse ir didelės galios lygintuvuose.
Ypatybės ir parametrai
Diodų specifikacijose pateikiama daug duomenų. Tačiau tikslių paaiškinimų, kas tai yra, ne visada galima gauti. Žemiau yra išsami informacija apie įvairias diodo charakteristikas ir parametrus, kurie pateikiami specifikacijose.
Puslaidininkinė medžiaga
P-n sandūrose naudojama medžiaga yra nepaprastai svarbi, nes ji turi įtakos daugeliui pagrindinių puslaidininkinių diodų charakteristikų. Silicis yra plačiausiai naudojamas dėl didelio efektyvumo ir mažų gamybos sąnaudų. Kitas dažnai naudojamaselementas yra germanis. Kitos medžiagos paprastai naudojamos specialios paskirties dioduose. Puslaidininkinės medžiagos pasirinkimas yra svarbus, nes nuo jo priklauso laidumo slenkstis – apie 0,6 V siliciui ir 0,3 V germaniui.
Įtampos kritimas nuolatinės srovės režimu (U pr.)
Bet kokia elektros grandinė, per kurią teka srovė, sukelia įtampos kritimą, o šis puslaidininkinio diodo parametras yra labai svarbus, ypač ištaisymui, kai galios nuostoliai yra proporcingi U ave. Be to, elektroniniams komponentams dažnai reikia Suteikite nedidelį įtampos kritimą, nes signalai gali būti silpni, bet jiems vis tiek reikia jį įveikti.
Taip nutinka dėl dviejų priežasčių. Pirmasis slypi pačioje p-n sandūros prigimtyje ir yra laidumo slenkstinės įtampos, leidžiančios srovei pereiti išeikvojimo sluoksnį, rezultatas. Antrasis komponentas yra normalus varžos nuostolis.
Rodiklis yra labai svarbus lygintuvams diodams, kurie gali perduoti dideles sroves.
Didžiausia atvirkštinė įtampa (U arr. max)
Tai didžiausia atvirkštinė įtampa, kurią gali atlaikyti puslaidininkinis diodas. Jo negalima viršyti, kitaip elementas gali sugesti. Tai ne tik įvesties signalo RMS įtampa. Kiekviena grandinė turi būti vertinama pagal jos pranašumus, tačiau paprastam vienos pusės bangos lygintuvui su išlyginamuoju kondensatoriumi atminkite, kad kondensatorius išlaikys įtampą, lygią įvesties smailei.signalas. Tada diodas bus veikiamas įeinančio signalo smailės priešinga kryptimi, todėl tokiomis sąlygomis bus didžiausia atvirkštinė įtampa, lygi bangos didžiausiai vertei.
Maksimali tiesioginė srovė (U pr. max)
Kurdami elektros grandinę įsitikinkite, kad neviršijamos didžiausios diodo srovės lygiai. Didėjant srovei, susidaro papildoma šiluma, kuri turi būti pašalinta.
Nuotėkio srovė (I arr.)
Idealiame diode neturėtų būti atvirkštinės srovės. Tačiau tikrosiose p-n sandūrose taip yra dėl to, kad puslaidininkyje yra mažumos krūvininkų. Nuotėkio srovės dydis priklauso nuo trijų veiksnių. Akivaizdu, kad svarbiausia iš jų yra atvirkštinė įtampa. Taip pat nuotėkio srovė priklauso nuo temperatūros – jai augant ji gerokai padidėja. Be to, tai labai priklauso nuo puslaidininkinės medžiagos tipo. Šiuo atžvilgiu silicis yra daug geresnis nei germanis.
Nuotėkio srovė nustatoma esant tam tikrai atvirkštinei įtampai ir tam tikrai temperatūrai. Paprastai jis nurodomas mikroamperais (ΜA) arba pikoampais (pA).
Pereinamoji talpa
Visi puslaidininkiniai diodai turi jungties talpą. Išsekimo zona yra dielektrinė kliūtis tarp dviejų plokščių, susidarančių išsekimo srities pakraštyje, ir srities, kurioje daugiausiai krūvininkų. Faktinė talpos vertė priklauso nuo atvirkštinės įtampos, dėl kurios keičiasi pereinamoji zona. Jo padidėjimas išplečia išeikvojimo zoną ir atitinkamaimažina pajėgumus. Šis faktas išnaudojamas varaktoriuose arba varikapuose, tačiau kitose programose, ypač RF, šis poveikis turi būti sumažintas. Parametras paprastai nurodomas pF esant tam tikrai įtampai. Yra specialių mažos varžos diodų, skirtų daugeliui radijo dažnių programų.
Atvejo tipas
Priklausomai nuo paskirties, puslaidininkiniai diodai gaminami įvairių tipų ir formų pakuotėse. Kai kuriais atvejais, ypač kai naudojamas signalų apdorojimo grandinėse, paketas yra pagrindinis elementas nustatant bendras to elektroninio elemento charakteristikas. Maitinimo grandinėse, kur svarbi šilumos išsklaidymas, paketas gali nustatyti daugelį bendrųjų diodo parametrų. Didelės galios įrenginius reikia prijungti prie radiatoriaus. Mažesni daiktai gali būti gaminami dėkluose arba kaip ant paviršiaus montuojami įrenginiai.
Diodų tipai
Kartais pravartu susipažinti su puslaidininkinių diodų klasifikacija. Tačiau kai kurie elementai gali priklausyti kelioms kategorijoms.
Atvirkštinis diodas. Nors jis nėra taip plačiai naudojamas, tai yra p-n tipo elemento tipas, kuris savo veikimu labai panašus į tunelį. Pasižymi mažu įtampos kritimu. Galima naudoti detektoriuose, lygintuvuose ir aukšto dažnio jungikliuose.
Įpurškimo tranzitinis diodas. Jis turi daug bendro su įprastesniu skrydžiu lavinomis. Naudojamas mikrobangų generatoriuose ir signalizacijos sistemose.
Diodas Gunn. Jis nepriklauso p-n-tipui, bet yra puslaidininkinis įtaisas su dviem gnybtais. Jis dažniausiai naudojamas mikrobangų signalams generuoti ir konvertuoti 1–100 GHz diapazone.
Šviesą spinduliuojantys arba LED yra vienas iš populiariausių elektroninių komponentų tipų. Esant priekiniam poslinkiui, srovė, tekanti per sandūrą, sukelia šviesos išskyrimą. Juose naudojami sudėtiniai puslaidininkiai (pvz., galio arsenidas, galio fosfidas, indžio fosfidas) ir gali švytėti įvairiomis spalvomis, nors iš pradžių buvo apsiribota tik raudona spalva. Yra daug naujų patobulinimų, kurie keičia ekranų veikimą ir gamybą, pavyzdžiui, OLED.
Fotodiodas. Naudojamas šviesai aptikti. Kai fotonas patenka į p-n sandūrą, jis gali sukurti elektronus ir skyles. Fotodiodai paprastai veikia atvirkštinio poslinkio sąlygomis, kai galima lengvai aptikti net mažas šviesos generuojamas sroves. Fotodiodai gali būti naudojami elektros energijai gaminti. Kartais smeigtuko tipo elementai naudojami kaip fotodetektoriai.
Pin-diodas. Elektroninio elemento pavadinimas gerai apibūdina puslaidininkinio diodo įtaisą. Jis turi standartines p ir n tipo sritis, tačiau tarp jų yra vidinė sritis be priemaišų. Tai padidina išeikvojimo srities plotą, kuris gali būti naudingas perjungimui, taip pat fotodiodams ir kt.
Standartinė p-n sandūra gali būti laikoma normaliaarba standartinio tipo diodas, kuris naudojamas šiandien. Jie gali būti naudojami RF ar kitose žemos įtampos srityse, taip pat aukštos įtampos ir didelės galios lygintuvuose.
Schottky diodai. Jie turi mažesnį tiesioginės įtampos kritimą nei standartiniai p-n tipo silicio puslaidininkiai. Esant mažoms srovėms, jis gali būti nuo 0,15 iki 0,4 V, o ne 0,6 V, kaip silicio diodų atveju. Norėdami tai padaryti, jie nėra pagaminti kaip įprasta - jie naudoja metalo-puslaidininkio kontaktą. Jie plačiai naudojami kaip ribotuvai, lygintuvai ir radijo įrenginiuose.
Diodas su įkrovimo kaupimu. Tai mikrobangų diodas, naudojamas generuoti ir formuoti labai aukšto dažnio impulsus. Jo veikimas pagrįstas labai greito išjungimo charakteristika.
Lazerinis diodas. Jis skiriasi nuo įprastos šviesos, nes skleidžia nuoseklią šviesą. Lazeriniai diodai naudojami daugelyje įrenginių – nuo DVD ir CD įrenginių iki lazerinių rodyklių. Jie yra daug pigesni nei kitų formų lazeriai, tačiau žymiai brangesni už šviesos diodus. Jų tarnavimo laikas ribotas.
Tunelinis diodas. Nors šiandien jis nėra plačiai naudojamas, anksčiau jis buvo naudojamas stiprintuvuose, generatoriuose ir perjungimo įrenginiuose, osciloskopų laiko nustatymo grandinėse, kai buvo efektyvesnis už kitus elementus.
Varactor arba varicap. Naudojamas daugelyje RF įrenginių. Šiam diodui atvirkštinis poslinkis keičia išeikvojimo sluoksnio plotį, priklausomai nuo naudojamos įtampos. Šioje konfigūracijoje taiveikia kaip kondensatorius su išsekimo sritimi, veikiančia kaip izoliacinis dielektrikas ir plokštės, suformuotos iš laidžių sričių. Naudojamas įtampos valdomuose generatoriuose ir RF filtruose.
Zener diodas. Tai labai naudingas diodų tipas, nes užtikrina stabilią atskaitos įtampą. Dėl šios priežasties zenerio diodas naudojamas didžiuliais kiekiais. Jis veikia atvirkštinio poslinkio sąlygomis ir prasiskverbia, kai pasiekiamas tam tikras potencialų skirtumas. Jei srovę riboja rezistorius, tai užtikrina stabilią įtampą. Plačiai naudojamas maitinimo š altiniams stabilizuoti. Yra 2 zenerio diodų atvirkštinio gedimo tipai: Zenerio skaidymas ir smūginė jonizacija.
Taigi, įvairių tipų puslaidininkiniai diodai apima mažos galios ir didelės galios įrenginius, skleidžiančius ir aptinkančius šviesą su mažu tiesioginės įtampos kritimu ir kintama talpa. Be to, mikrobangų technologijoje naudojamos įvairios atmainos.
