Apakah diod semikonduktor, jenis diod dan graf ciri voltan semasa

Diod semikonduktor digunakan secara meluas dalam kejuruteraan elektrik dan elektronik. Dengan kos rendah dan nisbah kuasa-ke-saiz yang baik, ia dengan cepat menggantikan peranti vakum dengan tujuan yang sama.

Peranti dan prinsip operasi diod semikonduktor

Diod semikonduktor terdiri daripada dua kawasan (lapisan) yang diperbuat daripada semikonduktor (silikon, germanium, dll.). Satu kawasan mempunyai lebihan elektron bebas (n-semikonduktor), yang lain mempunyai kekurangan (p-semikonduktor) - ini dicapai dengan mendopan bahan asas. Di antara mereka terdapat zon kecil di mana lebihan elektron bebas dari tapak-n "menutup" lubang dari tapak-p (penggabungan semula berlaku disebabkan oleh penyebaran), dan tiada pembawa caj percuma di rantau ini. Apabila voltan ke hadapan digunakan, kawasan penggabungan semula adalah kecil, rintangannya kecil, dan diod mengalirkan arus ke arah ini. Dengan voltan terbalik, zon bebas pembawa akan meningkat, rintangan diod akan meningkat. Tiada arus akan mengalir ke arah ini.

Jenis, klasifikasi dan penunjuk grafik pada gambar rajah elektrik

Dalam kes umum, diod dalam rajah ditunjukkan sebagai anak panah bergaya yang menunjukkan arah arus. Imej grafik bersyarat (UGO) peranti mengandungi dua kesimpulan - anod dan katod, yang dalam sambungan terus disambungkan kepada tambah litar elektrik dan kepada tolak, masing-masing.

Terdapat sejumlah besar jenis peranti semikonduktor bipolar ini, yang, bergantung pada tujuan, mungkin mempunyai UGO yang sedikit berbeza.

Diod Zener (Diod Zener)

Diod zener ialah peranti semikonduktorberoperasi pada voltan terbalik dalam zon kerosakan runtuhan salji. Di rantau ini, voltan diod Zener adalah stabil pada julat arus yang luas melalui peranti. Sifat ini digunakan untuk menstabilkan voltan merentasi beban.

Penstabil

Diod Zener melakukan kerja yang baik untuk menstabilkan voltan dari 2 V dan ke atas.Stabistor digunakan untuk mendapatkan voltan malar di bawah had ini. Doping bahan dari mana peranti ini dibuat (silikon, selenium) mencapai menegak terbesar dari cabang langsung ciri. Dalam mod ini, stabistor berfungsi, memberikan voltan teladan dalam julat 0.5 ... 2 V pada cawangan langsung ciri voltan semasa pada voltan hadapan.

Diod Schottky

Diod Schottky dibina mengikut skema semikonduktor-logam, dan tidak mempunyai persimpangan konvensional. Disebabkan ini, dua sifat penting diperolehi:

• penurunan voltan ke hadapan (kira-kira 0.2 V);
• peningkatan frekuensi operasi disebabkan oleh penurunan kapasiti diri.

Kelemahan termasuk peningkatan nilai arus terbalik dan toleransi yang berkurangan kepada tahap voltan terbalik.

Varicaps

Setiap diod mempunyai kapasiti elektrik. Plat kapasitor ialah dua cas ruang (p dan n kawasan semikonduktor), dan lapisan penghalang ialah dielektrik. Apabila voltan terbalik digunakan, lapisan ini mengembang dan kapasitansi berkurangan. Sifat ini wujud dalam semua diod, tetapi untuk varicaps, kapasitansi dinormalkan dan diketahui untuk had voltan yang diberikan. Ini memungkinkan untuk menggunakan peranti seperti kapasitor berubah-ubah dan gunakan untuk melaraskan atau memperhalusi litar dengan membekalkan voltan terbalik pelbagai peringkat.

diod terowong

Peranti ini mempunyai pesongan dalam bahagian lurus ciri, di mana peningkatan voltan menyebabkan penurunan arus. Di rantau ini, rintangan pembezaan adalah negatif.Sifat ini memungkinkan untuk menggunakan diod terowong sebagai penguat dan penjana isyarat lemah pada frekuensi melebihi 30 GHz.

Dinistor

Dinistor - thyristor diod - mempunyai struktur p-n-p-n dan CVC berbentuk S, tidak mengalirkan arus sehingga voltan yang digunakan mencapai paras ambang. Selepas itu, ia dihidupkan dan berkelakuan seperti diod biasa sehingga arus turun di bawah paras pegangan. Dinistor digunakan dalam elektronik kuasa sebagai kunci.

Fotodiod

Fotodiod dibuat dalam pakej dengan akses cahaya yang boleh dilihat kepada kristal. Apabila simpang p-n disinari, satu emf timbul di dalamnya. Ini membolehkan anda menggunakan fotodiod sebagai sumber semasa (sebagai sebahagian daripada panel solar) atau sebagai penderia cahaya.

LED

Sifat utama LED ialah keupayaan untuk memancarkan cahaya apabila arus melalui persimpangan p-n. Cahaya ini tidak berkaitan dengan keamatan pemanasan, seperti lampu pijar, jadi peranti ini menjimatkan. Kadang-kadang cahaya peralihan langsung digunakan, tetapi lebih kerap ia digunakan sebagai pemula penyalaan fosfor. Ini memungkinkan untuk mendapatkan warna LED yang tidak dapat dicapai sebelum ini, seperti biru dan putih.

Diod Gunn

Walaupun diod Gunn mempunyai sebutan grafik konvensional yang biasa, ia bukanlah diod dalam erti kata penuh. Kerana ia tidak mempunyai simpang p-n. Peranti ini terdiri daripada plat gallium arsenide pada substrat logam.

Tanpa pergi ke butiran proses: apabila medan elektrik pada magnitud tertentu digunakan dalam peranti, ayunan elektrik berlaku, tempoh yang bergantung pada saiz wafer semikonduktor (tetapi dalam had tertentu, frekuensi boleh diselaraskan oleh unsur luaran).

Diod Gunn digunakan sebagai pengayun pada frekuensi 1 GHz dan ke atas. Kelebihan peranti adalah kestabilan frekuensi tinggi, dan kelemahannya ialah amplitud kecil ayunan elektrik.

Diod magnet

Diod biasa lemah dipengaruhi oleh medan magnet luar. Magnetodiod mempunyai reka bentuk khas yang meningkatkan kepekaan terhadap kesan ini. Ia dibuat menggunakan teknologi p-i-n dengan pangkalan lanjutan. Di bawah tindakan medan magnet, rintangan peranti ke arah hadapan meningkat, dan ini boleh digunakan untuk mencipta elemen pensuisan bukan sentuhan, penukar medan magnet, dsb.

Diod laser

Prinsip operasi diod laser adalah berdasarkan sifat pasangan lubang elektron semasa penggabungan semula dalam keadaan tertentu untuk memancarkan sinaran nampak monokromatik dan koheren. Kaedah mewujudkan keadaan ini adalah berbeza, bagi pengguna hanya perlu mengetahui panjang gelombang yang dipancarkan oleh diod dan kuasanya.

Diod longsor

Peranti ini digunakan dalam ketuhar gelombang mikro. Di bawah keadaan tertentu, dalam mod pecahan runtuhan salji, bahagian dengan rintangan pembezaan negatif muncul pada ciri diod. Sifat APD ini membolehkannya digunakan sebagai penjana yang beroperasi pada panjang gelombang sehingga julat milimeter. Di sana adalah mungkin untuk mendapatkan kuasa sekurang-kurangnya 1 watt. Pada frekuensi yang lebih rendah, sehingga beberapa kilowatt dikeluarkan daripada diod tersebut.

diod PIN

Diod ini dibuat menggunakan teknologi p-i-n. Di antara lapisan semikonduktor yang didopkan terdapat lapisan bahan yang tidak didop. Atas sebab ini, sifat pembetulan diod semakin teruk (dengan voltan terbalik, penggabungan semula dikurangkan kerana kekurangan hubungan langsung antara zon p- dan n).Tetapi disebabkan oleh jarak kawasan cas ruang, kapasitansi parasit menjadi sangat kecil, dalam keadaan tertutup, kebocoran isyarat pada frekuensi tinggi boleh dikatakan dikecualikan, dan diod pin boleh digunakan pada RF dan gelombang mikro sebagai elemen pensuisan.

Ciri dan parameter utama diod

Ciri-ciri utama diod semikonduktor (kecuali untuk yang sangat khusus) termasuk:

• voltan terbalik maksimum yang dibenarkan (malar dan berdenyut);
• kekerapan operasi sempadan;
• penurunan voltan ke hadapan;
• julat suhu operasi.

Selebihnya ciri-ciri penting sebaiknya dipertimbangkan menggunakan contoh ciri-ciri IV diod - ini lebih jelas.

Ciri volt-ampere bagi diod semikonduktor

Ciri voltan semasa diod semikonduktor terdiri daripada cawangan ke hadapan dan belakang. Mereka terletak dalam kuadran I dan III, kerana arah arus dan voltan melalui diod sentiasa bertepatan. Mengikut ciri voltan semasa, anda boleh menentukan beberapa parameter, serta melihat dengan jelas apa ciri-ciri peranti mempengaruhi.

Voltan ambang pengaliran

Jika anda menggunakan voltan ke hadapan ke diod dan mula meningkatkannya, maka pada saat pertama tiada apa yang akan berlaku - arus tidak akan meningkat. Tetapi pada nilai tertentu, diod akan terbuka dan arus akan meningkat mengikut voltan. Voltan ini dipanggil voltan ambang pengaliran dan ditandakan pada VAC sebagai Uthreshold. Ia bergantung kepada bahan dari mana diod dibuat. Untuk semikonduktor yang paling biasa, parameter ini ialah:

• silikon - 0.6-0.8 V;
• germanium - 0.2-0.3 V;
• gallium arsenide - 1.5 V.

Sifat peranti semikonduktor germanium untuk dibuka pada voltan rendah digunakan apabila bekerja dalam litar voltan rendah dan dalam situasi lain.

Arus maksimum melalui diod dengan sambungan terus

Selepas diod dibuka, arusnya meningkat bersama dengan peningkatan voltan hadapan. Untuk diod yang ideal, graf ini pergi ke infiniti. Dalam amalan, parameter ini dihadkan oleh keupayaan peranti semikonduktor untuk menghilangkan haba. Apabila had tertentu dicapai, diod akan menjadi terlalu panas dan gagal. Untuk mengelakkan ini, pengeluar menunjukkan arus tertinggi yang dibenarkan (pada VAC - Imax). Ia boleh ditentukan secara kasar oleh saiz diod dan pakejnya. Dalam susunan menurun:

• arus terbesar disimpan oleh peranti dalam sarung logam;
• kes plastik direka untuk kuasa sederhana;
• Diod dalam sampul kaca digunakan dalam litar arus rendah.

Perkakas logam boleh dipasang pada radiator - ini akan meningkatkan kuasa pelesapan.

Arus kebocoran terbalik

Jika anda menggunakan voltan terbalik pada diod, maka ammeter tidak sensitif tidak akan menunjukkan apa-apa. Malah, hanya diod yang ideal tidak melepasi sebarang arus. Peranti sebenar akan mempunyai arus, tetapi ia sangat kecil, dan dipanggil arus bocor terbalik (pada CVC - Iobr). Ia adalah puluhan mikroamp atau persepuluh miliamp dan lebih kurang daripada arus terus. Anda boleh menemuinya dalam direktori.

Voltan kerosakan

Pada nilai tertentu voltan terbalik, peningkatan mendadak dalam arus berlaku, dipanggil pecahan. Ia mempunyai watak terowong atau avalanche dan boleh diterbalikkan. Mod ini digunakan untuk menstabilkan voltan (avalanche) atau untuk menjana denyutan (terowong).Dengan peningkatan selanjutnya dalam voltan, pecahan menjadi haba. Mod ini tidak boleh diterbalikkan dan diod gagal.

pn-junction kemuatan parasit

Telah disebutkan bahawa simpang p-n mempunyai kapasiti elektrik. Dan jika harta ini berguna dan digunakan dalam varicaps, maka dalam diod biasa ia boleh membahayakan. Walaupun kapasiti ialah unit atau puluhan pF dan pada arus terus atau frekuensi rendah tidak dapat dilihat, dengan peningkatan frekuensi pengaruhnya meningkat. Beberapa picofarad di RF akan mencipta rintangan yang cukup rendah untuk kebocoran isyarat palsu, menambah kemuatan sedia ada dan menukar parameter litar, dan bersama-sama dengan kearuhan keluaran atau konduktor bercetak membentuk litar resonans palsu. Oleh itu, dalam pengeluaran peranti frekuensi tinggi, langkah-langkah diambil untuk mengurangkan kapasitansi peralihan.

Penandaan diod

Cara paling mudah untuk menandakan diod dalam bekas logam. Dalam kebanyakan kes, ia ditandakan dengan penetapan peranti dan pinoutnya. Diod dalam bekas plastik ditandakan dengan tanda gelang pada bahagian katod. Tetapi tidak ada jaminan bahawa pengilang mematuhi peraturan ini dengan ketat, jadi lebih baik merujuk kepada direktori. Lebih baik lagi, deringkan peranti dengan multimeter.

Diod zener berkuasa rendah domestik dan beberapa peranti lain mungkin mempunyai tanda dua gelang atau titik dengan warna yang berbeza pada sisi bertentangan sarung. Untuk menentukan jenis diod tersebut dan pinoutnya, anda perlu mengambil buku rujukan atau mencari pengecam penandaan dalam talian di Internet.

Aplikasi diod

Walaupun peranti mudah, diod semikonduktor digunakan secara meluas dalam elektronik:

1. Untuk meluruskan voltan AC. Satu genre klasik - sifat simpang p-n digunakan untuk mengalirkan arus dalam satu arah.
2. pengesan diod. Di sini, ketaklinearan bagi ciri I-V digunakan, yang memungkinkan untuk mengasingkan harmonik daripada isyarat, yang perlu boleh dibezakan oleh penapis.
3. Dua diod, bersambung belakang ke belakang, berfungsi sebagai pengehad untuk isyarat berkuasa yang boleh membebankan peringkat input seterusnya penerima radio sensitif.
4. Diod Zener boleh dimasukkan sebagai elemen kalis percikan yang tidak membenarkan denyutan voltan tinggi memasuki litar penderia yang dipasang di kawasan berbahaya.
5. Diod boleh berfungsi sebagai peranti pensuisan dalam litar frekuensi tinggi. Ia dibuka dengan voltan malar dan lulus (atau tidak melepasi) isyarat RF.
6. Diod parametrik berfungsi sebagai penguat isyarat lemah dalam julat gelombang mikro kerana kehadiran bahagian dengan rintangan negatif dalam cawangan langsung ciri tersebut.
7. Diod digunakan untuk memasang pengadun yang beroperasi dalam menghantar atau menerima peralatan. Mereka bercampur isyarat pengayun tempatan dengan isyarat frekuensi tinggi (atau frekuensi rendah) untuk pemprosesan selanjutnya. Ia juga menggunakan ketaklinearan ciri voltan semasa.
8. Ciri bukan linear membenarkan penggunaan diod gelombang mikro sebagai pengganda frekuensi. Apabila isyarat melalui diod pengganda, harmonik yang lebih tinggi diserlahkan. Kemudian mereka boleh dipilih dengan menapis.
9. Diod digunakan sebagai elemen penalaan untuk litar resonans. Dalam kes ini, kehadiran kapasiti terkawal di persimpangan p-n digunakan.
10. Beberapa jenis diod digunakan sebagai penjana dalam julat gelombang mikro. Ini terutamanya diod terowong dan peranti dengan kesan Gunn.

Ini hanyalah penerangan ringkas tentang keupayaan peranti semikonduktor dwi-terminal. Dengan kajian mendalam tentang sifat dan ciri dengan bantuan diod, adalah mungkin untuk menyelesaikan banyak masalah yang diberikan kepada pemaju peralatan elektronik.

Artikel yang serupa: