Що таке діод?

Діод є двоконтактним електронним компонентом, обмежує потік струму в одному напрямку і дозволяє йому вільно текти у протилежному напрямку. Він має безліч застосувань в електронних схемах і може використовуватися для створення випрямлячів, інверторів та генераторів.

У цій статті ми візьмемо пильний погляд що таке діод та як він працює. Ми також розглянемо деякі з її поширених застосувань в електронних схемах. Отже, почнемо!

Як працює діод?

Діод - це електронний пристрій, який дозволяє Струм повинен текти в одному напрямку. Зазвичай вони трапляються в електричних ланцюгах. Вони працюють за рахунок напівпровідникового матеріалу, з якого вони створені, який може бути як N-типу, так і P-типу. Якщо діод N-типу, він пропускатиме струм тільки тоді, коли напруга подається в тому ж напрямку, що і стрілка діода, в той час як діоди P-типу пропускають струм тільки тоді, коли напруга подається в протилежному напрямку його стрілці.

Напівпровідниковий матеріал дозволяє струму текти, створюючизона виснаження', це область, де електрони заборонені. Після подачі напруги зона збіднення досягає обох кінців діода і дозволяє струму проходити через нього. Цей процес називається «пряме зміщення».

Якщо напруга подається в навпаки напівпровідникового матеріалу, зворотне усунення. Це призведе до того, що зона виснаження тягнеться лише від одного кінця клеми і припинить протікання струму. Це пов'язано з тим, що якби напруга була прикладена тим самим маршрутом, що і стрілка на напівпровіднику P-типу, напівпровідник P-типу діяв би як N-тип, тому що він дозволяв би електронам рухатися в напрямку, протилежному його стрілці.

Перебіг струму в діоді

Навіщо використовуються діоди?

Діоди використовуються для конвертувати постійного струму змінний струм, блокуючи при цьому зворотну провідність електричних зарядів. Цей основний компонент також можна знайти в регуляторах освітленості, електродвигуна та сонячних батареях.

Діоди використовуються в комп'ютерах для захист електронні компоненти комп'ютера від пошкоджень через стрибки напруги. Вони знижують або блокують напругу, що перевищує необхідну машину. Це також знижує енергоспоживання комп'ютера, заощаджуючи електроенергію та знижуючи тепловиділення всередині пристрою. Діоди використовуються у висококласних приладах, таких як духовки, посудомийні машини, мікрохвильові печі та пральні машини. Вони використовуються в цих приладах для захисту від пошкодження через стрибки напруги, викликані аваріями в електропостачанні.

Застосування діодів

• корекція
• Як перемикач
• Ланцюг ізоляції джерела
• Як опорна напруга
• Змішувач частот
• Захист від зворотного струму
• Захист від зворотної полярності
• Захист від стрибків напруги
• Детектор оминаючої AM або демодулятор (діодний детектор)
• Як джерело світла
• У ланцюзі датчика позитивної температури
• У ланцюзі датчика освітленості
• Сонячна батарея або фотогальванічна батарея
• Як машинка для стрижки
• Як фіксатор

Історія діода

Слово «діод» походить від Грецький слово "діодос" або "діодос". Мета діода – дозволити електриці йти лише в одному напрямку. Діод можна назвати електронним вентилем.

Було виявлено Генрі Джозеф Раунд через його експерименти з електрикою у 1884 році. Ці експерименти проводилися з використанням вакуумної скляної трубки, усередині якої обох кінцях були металеві електроди. Катод має пластину з позитивним зарядом, а анод має пластину з негативним зарядом. Коли струм проходив через трубку, вона спалахувала, що вказувало на те, що енергія тече по ланцюгу.

Хто винайшов діод

Хоча перший напівпровідниковий діод був винайдений у 1906 році Джоном А. Флемінгом, він приписується Вільяму Генрі Прісу та Артуру Шустеру за незалежний винахід пристрою у 1907 році.

Вільям Генрі Пріс та Артур Шустер

Типи діодів

• Малий сигнальний діод
• Великий сигнальний діод
• Стабілітрон
• світлодіод (LED)
• Діоди постійного струму
• Діод Шоттки
• Шоклі Діод
• Діоди ступінчастого відновлення
• Тунельний діод
• Варакторний діод
• Лазерний діод
• Діод придушення перехідної напруги
• Леговані золотом діоди
• Супербар'єрні діоди
• діод Пельтьє
• Кристалічний діод
• Лавинний діод
• Випрямляч з кремнієвим керуванням
• Вакуумні діоди
• PIN-діод
• Точка контакту
• Діод Ганна

Малий сигнальний діод

Діод з малим сигналом є напівпровідниковий прилад з можливістю швидкого перемикання та низьким падінням напруги при провідності. Він забезпечує високий рівень захисту від пошкоджень через електростатичний розряд.

Великий сигнальний діод

Діод з великим сигналом – це тип діода, який передає сигнали вищого рівня потужності, ніж діод із малим сигналом. Великий сигнальний діод зазвичай використовується для перетворення змінного струму на постійний. Великий сигнальний діод передаватиме сигнал без втрат енергії та дешевше, ніж електролітичний конденсатор.

конденсатор, Що Розв'язує, часто використовується в поєднанні з великим сигнальним діодом. Використання цього пристрою впливає на перехідний час відгуку схеми. конденсатор, Що Розв'язує, допомагає обмежити коливання напруги, викликані змінами імпедансу.

Стабілітрон

Зенерівський діод - це спеціальний тип, який проводитиме електрику тільки в області безпосередньо під прямим падінням напруги. Це означає, що коли на одну клему стабілітрону подається напруга, це дозволяє струму переміщатися з іншої клеми на клему з напругою. Важливо, щоб цей пристрій використовувався належним чином і був заземлений, інакше він може призвести до незворотного пошкодження ланцюга. Також важливо, щоб цей пристрій експлуатувався на відкритому повітрі, оскільки він вийде з ладу при поміщенні у вологу атмосферу.

Коли стабілітрон подається достатній струм, створюється падіння напруги. Якщо ця напруга досягає або перевищує напругу пробою машини, то вона дозволяє струму текти з однієї клеми.

світлодіод (LED)

Світловипромінюючий діод (СІД) виготовлений з напівпровідникового матеріалу, що випромінює світло при проходженні через нього електричного струму достатньої величини. Однією з найважливіших властивостей світлодіодів і те, що вони дуже ефективно перетворюють електричну енергію на оптичну. Світлодіоди також використовуються як індикаторні лампи для індикації цілей на електронних пристроях, таких як комп'ютери, годинники, радіоприймачі, телевізори і так далі.

Світлодіод є яскравим прикладом розвитку технології мікрочіпів, і він дозволив внести суттєві зміни у галузі освітлення. У світлодіодах використовується як мінімум два напівпровідникові шари для генерації світла, один pn-перехід для генерації носіїв (електронів і дірок), які потім прямують на протилежні сторони бар'єрного шару, який захоплює дірки з одного боку, а електрони - з іншого. . Енергія захоплених носіїв рекомбінує у «резонансі», відомому як електролюмінесценція.

Світлодіод вважається ефективним типом освітлення, оскільки він випромінює мало тепла разом зі своїм світлом. Вона має більш тривалий термін служби у порівнянні з лампами розжарювання, які можуть працювати до 60 разів довше, мають більш високу світловіддачу та виділяють менше токсичних речовин у порівнянні з традиційними люмінесцентними лампами.

Найбільшою перевагою світлодіодів є той факт, що при роботі їм потрібно дуже мало енергії залежно від типу світлодіода. В даний час можна використовувати світлодіоди з джерелами живлення від сонячних елементів до акумуляторів та навіть змінного струму (AC).

Існує безліч різних типів світлодіодів, і вони бувають різних кольорів, включаючи червоний, оранжевий, жовтий, зелений, синій, білий та інші. Сьогодні доступні світлодіоди зі світловим потоком від 10 до 100 люменів на ват (лм/Вт), що майже таке ж, як у звичайних джерел світла.

Діоди постійного струму

Діод постійного струму, або CCD, є типом діода регулятора напруги для джерел живлення. Основна функція ПЗЗ полягає у зниженні втрат потужності на виході та покращенні стабілізації напруги за рахунок зменшення його коливань при зміні навантаження. ПЗЗ також можна використовувати для регулювання рівнів вхідної потужності постійного струму та регулювання рівнів постійного струму на вихідних шинах.

Діод Шоттки

Діоди Шоттки також називають діодами із гарячими носіями.

Діод Шоттки був винайдений доктором Вальтер Шотткі в 1926 році. Винахід діода Шоттки дозволило нам використовувати світлодіоди (світловипромінюючі діоди) як надійні джерела сигналу.

Діод має дуже вигідний ефект, коли він використовується у високочастотних ланцюгах. Діод Шоттки складається в основному із трьох компонентів; P, N і перехід метал-напівпровідник. Конструкція пристрою така, що всередині твердого напівпровідника утворюється різкий перехід. Це дозволяє носіям переходити від напівпровідника до металу. У свою чергу, це допомагає знизити пряму напругу, що, у свою чергу, знижує втрати потужності та збільшує швидкість перемикання пристроїв, у яких використовуються діоди Шоттки, з дуже великим запасом.

Шоклі Діод

Діод Шоклі є напівпровідниковим приладом з асиметричним розташуванням електродів. Діод проводитиме струм в одному напрямку і значно менше, якщо змінити полярність. Якщо зовнішня напруга підтримується на діоді Шоклі, то він поступово зміщуватиметься в прямому напрямку в міру збільшення прикладеної напруги до точки, званої «напругою відсічення», при якій немає помітного струму, оскільки всі електрони рекомбінують з дірками. За межами напруги відсікання на графічному поданні вольт-амперної характеристики знаходиться область негативного опору. Shockley буде працювати як підсилювач при негативних значеннях опору у цьому діапазоні.

Роботу Шоклі найкраще можна зрозуміти, розбивши її на три частини, відомі як області, струм у зворотному напрямку знизу вгору дорівнює 0, 1 та 2 відповідно.

В області 1, коли для прямого зміщення прикладена позитивна напруга, електрони дифундують напівпровідник n-типу з матеріалу p-типу, де утворюється «зона збіднення» через заміну основних носіїв. Зона збіднення є область, в якій носії заряду видаляються при додатку напруги. Зона виснаження навколо pn переходу запобігає перебігу струму через передню частину односпрямованого пристрою.

Коли електрони входять у n-бік з боку p-типу, утворюється «зона збіднення» під час переходу знизу нагору до того часу, поки шлях діркового струму перекритий. Дірки, що рухалися згори донизу, рекомбінують з електронами, що рухалися знизу догори. Тобто між зонами збіднення зони провідності та валентної зони виникає «зона рекомбінації», яка перешкоджає подальшому протіканню основних носіїв через діод Шоклі.

Потік струму тепер контролюється одним носієм, який є неосновним носієм, тобто електронами для напівпровідника n-типу і дірками для матеріалу p-типу. Таким чином, ми можемо сказати, що тут протікання струму контролюється основними носіями (дірками та електронами), і протікання струму не залежить від прикладеної напруги, поки є достатня кількість вільних носіїв для провідності.

В області 2 електрони, що випускаються з збідненої зони, рекомбінують з дірками з іншого боку і створюють нові основні носії (електрони в матеріалі p-типу напівпровідника n-типу). Коли ці дірки входять у зону виснаження, вони завершують шлях проходження струму через діод Шоклі.

В області 3 при додатку зовнішньої напруги для зворотного зміщення в переході з'являється область просторового заряду або зона збіднення, що складається з основних, так і з неосновних носіїв. Пари електрон-дірка розділені через додаток до них напруги, що призводить до дрейфового струму через Шоклі. Це призводить до перебігу невеликої кількості струму через діод Шоклі.

Діоди ступінчастого відновлення

Діод із ступінчастим відновленням (SRD) є напівпровідниковим приладом, який може забезпечувати фіксований, безумовно стабільний стан провідності між його анодом і катодом. Перехід із вимкненого стану у включений стан може бути викликаний імпульсами негативної напруги. У включеному стані SRD поводиться як ідеальний діод. У вимкненому стані SRD переважно не проводить струм із деяким струмом витоку, але, як правило, недостатнім для того, щоб спричинити значні втрати потужності у більшості додатків.

Нижче наведено осцилограми ступінчастого відновлення для обох типів SRD. Верхня крива показує тип із швидким відновленням, що випромінює велику кількість світла при переході у вимкнений стан. Навпаки, нижня крива показує діод із надшвидким відновленням, оптимізований для високошвидкісної роботи і демонструє лише незначне видиме випромінювання під час переходу від включення до вимкнення.

Щоб увімкнути SRD, анодна напруга повинна перевищувати граничну напругу машини (VT). SRD вимкнеться, коли потенціал анода менше або дорівнює потенціалу катода.

Тунельний діод

Тунельний діод - це форма квантової інженерії, яка бере два шматки напівпровідника і з'єднує один шматок так, щоб інша сторона була звернена назовні. Тунельний діод унікальний тим, що електрони течуть через напівпровідник, а чи не навколо нього. Це одна з основних причин того, чому цей тип техніки настільки унікальний, тому що жодна інша форма транспортування електронів до цього моменту не могла зробити такий подвиг. Одна з причин, через яку тунельні діоди такі популярні, полягає в тому, що вони займають менше місця, ніж інші форми квантової інженерії, а також можуть використовуватися в багатьох додатках у багатьох областях.

Варакторний діод

Варакторний діод є напівпровідником, що використовується в регульованій за напругою змінної ємності. Варакторний діод має дві сполуки: одна з боку анода PN-переходу, а інша з боку катода PN-переходу. Коли ви прикладаєте напругу до варактора, це дозволяє сформуватися електричному полю, яке змінює ширину його збідненого шару. Це ефективно змінить його ємність.

Лазерний діод

Лазерний діод - це напівпровідник, що випромінює когерентне світло, яке також називають лазерним світлом. Лазерний діод випромінює спрямовані паралельні світлові промені з низькою розбіжністю. Це контрастує з іншими джерелами світла, такими як звичайні світлодіоди, світло яких значно випромінюється.

Лазерні діоди використовуються для оптичних накопичувачів, лазерних принтерів, сканерів штрих-кодів та оптоволоконного зв'язку.

Діод придушення перехідної напруги

Діод придушення перехідної напруги (TVS) – це діод, розроблений для захисту від стрибків напруги та інших типів перехідних процесів. Він також здатний розділяти напругу та струм, щоб запобігти попаданню високовольтних перехідних процесів в електроніку мікросхеми. Діод TVS не проводитиме струм при нормальній роботі, а проводитиме струм лише під час перехідного процесу. Під час електричного перехідного процесу діод TVS може працювати як зі швидкими стрибками dv/dt, так і з великими піками dv/dt. Пристрій зазвичай знаходиться у вхідних схемах мікропроцесорних схем, де обробляє високошвидкісні сигнали перемикання.

Леговані золотом діоди

Золоті діоди можна знайти у конденсаторах, випрямлячах та інших пристроях. Ці діоди в основному використовуються в електронній промисловості, тому що їм не потрібна велика напруга для електрики. Діоди, леговані золотом, можуть бути виготовлені із напівпровідникових матеріалів p-типу або n-типу. Легований золотом діод ефективніше проводить електрику за високих температур, особливо у діодах n-типу.

Золото не є ідеальним матеріалом для легування напівпровідників, тому що атоми золота дуже великі, щоб легко поміститися всередині напівпровідникових кристалів. Це означає, що зазвичай золото не дуже добре дифундує напівпровідник. Один із способів збільшити розмір атомів золота, щоб вони могли дифундувати, це додати срібла або індія. Найбільш поширений метод, що використовується для легування напівпровідників золотом, - це використання боргідриду натрію, який допомагає створити сплав золота та срібла всередині напівпровідникового кристала.

Діоди, леговані золотом, зазвичай використовуються у високочастотних силових установках. Ці діоди допомагають знизити напругу та струм за рахунок рекуперації енергії від зворотної ЕРС внутрішнього опору діода. Леговані золотом діоди використовуються в таких машинах, як резисторні мережі, лазери та тунельні діоди.

Супербар'єрні діоди

Супербар'єрні діоди – це тип діодів, які можна використовувати у високовольтних пристроях. Ці діоди мають низьку пряму напругу на високій частоті.

Супербар'єрні діоди є дуже універсальним типом діодів, оскільки вони можуть працювати в широкому діапазоні частот і напруг. Вони переважно використовуються у схемах перемикання потужності для систем розподілу електроенергії, випрямлячів, інверторів моторного приводу та джерел живлення.

Супербар'єрний діод переважно складається з діоксиду кремнію з додаванням міді. Супербар'єрний діод має кілька конструктивних варіантів, включаючи суперар'єрний діод на основі германію, перехідний супербар'єрний діод і ізоляційний супербар'єрний діод.

діод Пельтьє

Діод Пельтьє – це напівпровідник. Його можна використовувати для генерації електричного струму у відповідь надходження теплової енергії. Цей пристрій все ще новий і ще не повністю вивчений, але схоже, що він може бути корисним для перетворення тепла в електрику. Це може бути використане для водонагрівачів або навіть в автомобілях. Це дозволило б використовувати тепло, що виробляється двигуном внутрішнього згоряння, яке зазвичай є енергією, що розтрачується. Це також дозволило б двигуну працювати більш ефективно, оскільки йому не потрібно було б виробляти стільки енергії (в такий спосіб, використовуючи менше палива), а натомість діод Пельтьє перетворював відпрацьоване тепло в енергію.

Кристалічний діод

Кристалічні діоди зазвичай використовуються для вузькосмугової фільтрації, генераторів або підсилювачів, керованих напругою. Кристалічний діод вважається спеціальним застосуванням п'єзоелектричного ефекту. Цей процес допомагає генерувати сигнали напруги та струму, використовуючи їх невід'ємні властивості. Кристалічні діоди також комбінуються з іншими схемами, які забезпечують посилення або інші спеціалізовані функції.

Лавинний діод

Лавинний діод – це напівпровідник, який генерує лавину від одного електрона із зони провідності у валентну зону. Він використовується як випрямляч високовольтних силових ланцюгах постійного струму, як детектор інфрачервоного випромінювання і як фотоелектрична машина для ультрафіолетового випромінювання. Лавинний ефект збільшує пряме падіння напруги на діоді, тому його можна зробити набагато менше напруги пробою.

Випрямляч з кремнієвим керуванням

Кремнієвий керований випрямляч (SCR) є тиристором з трьома висновками. Він був розроблений, щоб діяти як перемикач у мікрохвильових печах для контролю потужності. Він може запускатися струмом або напругою, або тим, і іншим, залежно від налаштування виведення затвора. Коли виведення затвора негативний, він дозволяє струму текти через SCR, а коли він позитивний, він блокує проходження струму через SCR. Розміщення виведення затвора визначає, чи струм проходить або блокується, коли він на місці.

Вакуумні діоди

Вакуумні діоди – це ще один тип діодів, але на відміну від інших типів, вони використовуються в електронних лампах для регулювання струму. Вакуумні діоди дозволяють струму текти при постійній напрузі, але також мають сітку, що управляє, яка змінює цю напругу. Залежно від напруги в сітки, що управляє, вакуумний діод або дозволяє, або зупиняє струм. Вакуумні діоди використовуються як підсилювачі та генератори в радіоприймачах і передавачах. Вони також служать випрямлячами, які перетворюють змінний струм на постійний для використання електричними пристроями.

PIN-діод

PIN-діоди є різновидом діодів з pn-переходом. Загалом, PINs є напівпровідником, який виявляє низький опір при додатку до нього напруги. Цей низький опір збільшуватиметься зі збільшенням прикладеної напруги. PIN-коди мають граничну напругу, перш ніж вони стануть провідними. Таким чином, якщо негативна напруга не подається, діод не пропускатиме струм, поки він не досягне цього значення. Величина струму, що протікає через метал, залежатиме від різниці потенціалів або напруги між обома клемами, і не буде витоку з однієї клеми на іншу.

Діод точкового контакту

Точковий діод – це односторонній пристрій, здатний покращувати сигнал радіочастот. Point-Contact також називають неперехідним транзистором. Він складається з двох дротів, прикріплених до напівпровідникового матеріалу. Коли ці дроти стикаються, створюється «точка затискання», де електрони можуть перетинатися. Цей тип діода використовується, зокрема, з AM-радіо та іншими пристроями, щоб вони могли виявляти радіочастотні сигнали.

Діод Ганна

Діод Ганна є діодом, що складається з двох зустрічно-паралельних pn-переходів з асиметричною висотою бар'єру. Це призводить до сильного придушення потоку електронів у прямому напрямку, тоді як струм, як і раніше, тече у зворотному напрямку.

Ці пристрої зазвичай використовуються як мікрохвильові генератори. Вони були винайдені приблизно в 1959 р. Дж. Б. Ганном і А. С. Ньюеллом в Королівському установі зв'язку у Великій Британії, звідки і походить назва: «Ганн» - це абревіатура їх прізвищ, а «діод» - тому що вони працювали на газових пристроях (Ньюелл раніше працював в Едісонівському інституті зв'язку). Bell Laboratories, де він працював над напівпровідниковими приладами).

Першим великомасштабним застосуванням діодів Ганна було перше покоління британського військового УВЧ-радіообладнання, яке стало використовуватися приблизно 1965 року. Військові AM-радіостанції також широко використовували діоди Ганна.

Характеристика діода Ганна у тому, що струм становить лише 10-20% від струму звичайного кремнієвого діода. Крім того, падіння напруги на діоді приблизно в 25 разів менше, ніж у звичайного діода, зазвичай 0 мВ при кімнатній температурі XNUMX.

Відео-підручник

Що таке діод? Підручник з електроніки для початківців

Висновок

Сподіваємося, ви дізналися, що таке діод. Якщо вам цікаво дізнатися більше про те, як працює цей дивовижний компонент, перегляньте наші статті на сторінці діодів. Ми віримо, що ви застосуєте все, чого навчилися, і цього разу.