Что такое диод и как он работает: Диод — полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.

Диод — полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.

Диод (Diode -eng.) – электронный прибор, имеющий 2 электрода, основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную.

То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем, а при передаче в другую, сопротивление многократно увеличивается, не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается.

Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

Конструкция диодов.

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электронов («дырочная»)), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электронов («электронной»)).

Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.

Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания, таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле.

При разогреве, электроны отделяются от одного электрода (катода) и начинают движение к другому электроду (аноду), благодаря электрическому магнитному полю. Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде. Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах, где присутствует высоковольтная составляющая.

Диоды на основе германия, более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.

Типы диодов:

• · Смесительный диод — создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.

• · pin диод — содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор.

• · Лавинный диод — применяется для защиты цепей от перенапряжения. Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.

• · Лавинно-пролётный диод — применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике. Основан на лавинном умножении носителей заряда.

• · Магнитодиод. Диод, характеристики сопротивления которого зависят от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.

• · Диоды Ганна. Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.

• · Диод Шоттки. Имеет малое падение напряжения при прямом включении.

• · Полупроводниковые лазеры.

Применяются в лазеростроении, по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне.

• · Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения. Применяются в датчиках света, движения и т. д.

• · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей). При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток.

• · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.

• · Туннельные диоды, использующие квантовомеханические эффекты. Применяются как усилители, преобразователи, генераторы и пр.

• · Светодиоды (диоды Генри Раунда, LED). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света.

Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом, инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, литографической и космической сфере).

• · Варикапы (диод Джона Джеумма) Благодаря тому, что закрытый p—n-переход обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью.

Что такое диод: назначение, устройство, принцип работы

В электротехнике используется много радиодеталей, и все они имеют свои особенности, но семейство диодов имеет свои удивительные свойства.

Манипулируя соотношениями примесей или конструктивными особенностями, получают новые возможности этого прибора, используемые совершенно для других целей. Зная, что такое диод, его устройство и принцип работы диода можно научиться использовать его для самых неожиданных решений.

Приглашаем познакомиться с этим многоцелевым и разнообразным радиоэлементом. А начнем с назначения диода.

Назначение диода

Область применения диодов все больше и больше расширяется. Это достигается благодаря тому, что работа над их преобразованием не утихает, а только увеличивается. Рассмотрим, где их можно встретить:

• выпрямление;
• детектирование;
• защита;
• стабилизация;
• переключение;
• излучение.

На заре своего образования диоды назывались выпрямителями. Они способны пропускать ток в одном направлении и задерживать его в противоположном. Благодаря чему переменный ток становился однонаправленным, пульсирующим. То есть напряжение носило волновой характер.

Причем выпрямление могло быть как на одном диоде, тогда на выходе была только положительная полуволна, так и на четырех, в этом случае на выходе оставались и положительная, и отрицательная полуволны.

Другой способ применения – детектирование. Радио и телевизионные сигналы передаются на несущих частотах. В передающих устройствах с помощью модулятора происходит наложение полезного сигнала на несущую частоту.

Чтобы извлечь полезную информацию, чаще всего применяют диод с конденсатором. В этом случае диод работает как однопериодный выпрямитель, а конденсатор фильтрует ненужные частоты.

Диод используется для защиты, например, в коммутируемой цепи с индукционной нагрузкой. Если катушку, по которой проходит ток отключить, то электроны под действием электромагнитного поля продолжат двигаться, создавая для ключа опасное высокое напряжение.

В качестве ключа может быть использован транзистор, который может выйти из строя. Чтобы снять накопленный заряд, параллельно катушке подключают диод, но включают его в обратном направлении относительно движения тока. При отключении выключателя диод возвращает ток на начало катушки, тем самым защищая ключ.

Несколько измененные диоды способны работать в обратном направлении, пропуская через себя ток, когда напряжение превышает допустимое значение. Такие приборы называются стабилитронами, и о них будет сказано ниже.

Для переключения частот часто требуются переменные конденсаторы. Варикап, еще одна разновидность диода, способен менять свою емкость под действием меняющегося обратного напряжения.

Наконец, светодиоды и фотодиоды. Светодиоды способны излучать потоки лучистой энергии, фотодиоды, напротив, преобразуют солнечный свет в электрический ток. Фотодиоды по своему назначению также разнообразны и имеют различное применение.

Из чего состоит диод

Лучше всего понять, что такое диод поможет его строение. Выделим три основные группы:

• вакуумные;
• газонаполненные;
• полупроводниковые.

Как у любого другого радиоэлемента у диода есть выводы. Если перевести слово диод с древнегреческого, то получится два электрода. Они носят название:

• анод;
• катод.

В обычном состоянии на анод подается положительное напряжение, на катод отрицательное. В этом случае диод открыт и через него протекает ток.




На оба вывода могут подаваться положительные потенциалы, но на аноде этот потенциал должен превышать катодный.

В вакуумных диодах применяются стеклянные или металлические баллоны, из которых выкачан воздух. Катод может быть:

• прямого накала;
• косвенного накала.

Катод прямого накала представляет собой спиральную нить, по которой проходит ток, разогревая его. При этом высвобождаются электроны, которые устремляются к аноду, если он имеет положительный потенциал относительно катода.

Если на аноде напряжение ниже катодного, то электроны возвращаются назад. Таким образом, происходит выпрямление переменного тока. В лампах с косвенным подогревом катод представляет собой короб или цилиндр, внутри него находится нить накала, разогревающая его.

В отличие от вакуумных диодов в газонаполненных имеется ионизированный газ. Он становится проводником между анодом и катодом. Для включения диода используют сетки или поджигающий электрод.

Вакуумные и газонаполненные диоды способны пропускать большой ток и работать с повышенным напряжением. Однако они потребляют много энергии для своей работы, поэтому на смену им пришли полупроводники.

По проводимости электрического тока различают:

• проводники;
• полупроводники;
• диэлектрики.

Полупроводники занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками. В обычном состоянии они не проводят ток, но при определенных условиях у них появляется проводимость. Достигается это, например, добавлением примесей. Различают два вида проводимости:

• с помощью электронов, n-тип;
• с помощью дырок, p-тип.




Материал, основным носителем которого служат положительно заряженные атомы. Для этого добавляют акцепторные примеси, при этом получается материал с недостающим количеством электронов. Для n-типа добавляют донорные примеси, материал обладает избытком электронов.

Соединяя эти два типа получают прибор, способный пропускать ток только в одном направлении.

Как определить анод и катод диода

Диоды бывают разного размера, и маркировка может несколько отличаться. Например, на диодах советского образца на корпусе, который был достаточно большим, непосредственно наносился знак диода, указывающий направление движения.

Корпус, расположенный возле катода, может иметь большое расширение в виде кольца. На некоторых видах устанавливают знаки + и – или делают отметку в виде нарисованного кольца либо точки.

В случае сомнения можно проверить диод с помощью мультиметра, поставив прибор в режим измерения сопротивления или проверки диода, если есть такой режим.

Если сопротивление маленькое, значит, щуп с положительным напряжением подключен к аноду, а минусовой к катоду. Большое сопротивление говорит, что щупы подключены в обратном порядке.

Принцип работы диода

Осталось посмотреть, как работает диод. Когда происходит соединение двух полупроводников разной проводимостью, между ними появляется пограничная полоса с нейтральным зарядом, поскольку часть электронов занимает часть дырок.

При прямом включении положительное напряжение подается на дырочную область, а отрицательное на электронную. В этом случае электроны под действием напряжения перескакивают нейтральную зону и, проходя через дырочную область, устремляются к положительному полюсу источника питания.

Если поменять напряжение, электроны уходят к положительному полюсу, увеличивая нейтральную зону. В этом случае диод закрывается.

Диод в цепи постоянного тока

В схеме с постоянным током диод работает как ключ: открывается, когда прямое напряжение превышает пороговое значение и закрывается, когда это напряжение становится меньше.

Выше было рассмотрена работа диода с катушкой индуктивности. Когда по катушке идет ток, то параллельно подключенный диод находится в закрытом состоянии, так как на аноде и катоде напряжение почти равно.

Когда цепь размыкается, по катушке продолжает идти ток и накапливается. Напряжение на аноде повышается, диод открывается и пропускает лишний заряд через себя. После падения напряжения он закрывается.

Обозначение диода на схемах

Для пояснения работы радиоэлектронного устройства используют электрические принципиальные схемы. Найти диод на схеме не составит труда, потому что обозначение диода осуществляется с помощью треугольника с вертикальным отрезком на его вершине.

Рядом ставится порядковый номер и буквы VD.

Диод в цепи переменного тока

Если диод работает как выпрямитель переменного тока, тогда во время повышения напряжения положительной полуволны диод открывается, а когда напряжение падает ниже порогового значения, он закрывается. Во время отрицательной полуволны включается в работу параллельно подключенный диод, но обращенный в обратном направлении.

Два других подключены таким же образом к нулевому проводу. При каждой полуволне участвуют в работе два диода, один связан с фазным проводом, другой с нулевым. Снимаемое с них положительное и отрицательное напряжение подается в постоянную цепь.

Характеристики диода

Полупроводники очень чувствительны к перегреву, поэтому режим их работы строго оговаривается. Учитываются следующие параметры:
рабочее, максимальное и импульсное обратное напряжение;

1. прямое напряжение;
2. обратный ток;
3. прямой постоянный, импульсный и ток перегрузки;
4. рабочая и максимальная частота;
5. максимальная температура корпуса и перехода.

Допускается максимальное значение только по одному из указанных параметров. После импульса должно пройти оговоренное время, чтобы прибор успел остыть.

Виды диодов

Кроме описанных диодов, используются диоды, у которых характеристики изменены за счет примесей и конструкторских доработок. Остановимся на двух из них: стабилитроне и светодиоде.

Стабилитроны

Работа стабилитрона отличается от работы диода. Подключается он в обратном направлении, то есть на анод подают отрицательное напряжение, а на катод положительное. При таком подключении он работает в пробивном режиме.

Стабилитроны рассчитаны на определенное рабочее обратное напряжение, при достижении которого происходит обратимый пробой. Используются для поддержания определенного напряжения на контролируемом участке цепи. Чтобы ток не превышал рабочее значение, в цепь стабилитрона ставят ограничивающий резистор.

Светодиоды

У полупроводниковых приборов p-n-переход из-за внутреннего сопротивления постоянно греется. Это происходит главным образом во время захвата дырками электронов. Высвобождается энергия, нагревающая переход.

В 60-х годах прошлого столетия был создан светодиод, в котором часть высвобождаемой энергии была лучистой с красным и желто-зеленым свечением. Правда, процентное соотношение было маленьким, всего 0,1% от всей высвобождаемой энергии. Но это было только началом.

В 70-х годах упорные разработки привели к хорошим показателям. Сначала это был 15% выход, затем дошло до 55%. Такой показатель уже превышал к. п. д. ламп накаливания. Испускаемый свет имеет очень узкий спектр, что позволяет получать очень качественное цветное свечение.

Оно намного превосходит свет ламп накаливания, пропущенных через светофильтр. Мощность светового потока также была поднята, это дало возможность использовать светодиоды в качестве освещения.

Тиристоры

Тиристоры – это общее название для мощных диодов, работающих в режиме ключа. Подразделяются на три вида:

1. тринистор;
2. динистор;
3. симистор.

Тринистор имеет три вывода: анод, катод и управляющий электрод. При подаче небольшого управляющего напряжения на управляющий электрод тринистор открывается. Динистор открывается при достижении заданного напряжения на его двух выводах. Симистор – это два динистора, включенных навстречу друг другу. То есть он работает, в отличие от динистора, в двух направлениях.

Исследуя, что такое диод, можно открыть для себя еще много удивительных знаний. Здесь были рассмотрены лишь поверхностные познания, но они уже могут дать понять, что такие элементы радиотехники очень полезны и разнообразны в своем применении.

Похожие материалы на сайте:

• Причины возникновения коротких замыканий
• Что опаснее ток или напряжение

Как работают диоды и для чего используются | Tech

Выпуск: 10.11.2021, Обновление: 08.09.2022, I.R.

Как работают диоды

Диод — это электронный компонент, который направляет поток электричества в одном направлении. Они называются «активными компонентами» и являются основными компонентами полупроводников. Они могут регулировать поток электричества, поддерживать постоянное напряжение и извлекать сигналы из радиоволн.

Сначала рассмотрим свойства «полупроводника», используемого в диодах. Материал классифицируется как «проводник», «полупроводник» и «изолятор» в зависимости от того, может ли он проводить электричество. «Полупроводник», как следует из названия, представляет собой материал со свойствами между проводником, который проводит электричество, и изолятором, который не проводит электричество.

Металлы являются хорошими проводниками электричества, потому что электроны каждого атома становятся свободными электронами, когда металлические элементы связываются друг с другом. Когда подается напряжение, свободные электроны в кристаллической решетке металла перемещаются и несут электрический заряд, позволяя электричеству течь.

Полупроводники могут вести себя как проводники или изоляторы в зависимости от направления протекающего через них электричества. В металлических полупроводниках не так много свободных электронов. Когда подается напряжение, электроны перемещаются, чтобы заполнить недостающие дырки, или они переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов.

Полупроводники подразделяются на полупроводники p-типа и полупроводники n-типа на основе различий в механизме протекания электричества: полупроводники p-типа — это те, в которых электроны движутся последовательно, чтобы заполнить недостающие отверстия. Четырехвалентные элементы, такие как кремний, смешанный с трехвалентной добавкой, такой как бор или галлий, становятся полупроводниками р-типа. Полупроводник p-типа имеет больше дырок, чем электронов, что позволяет току течь от дырки к дырке. Поскольку ему не хватает одного электрона, он считается положительно заряженным.

Полупроводники N-типа переносят электричество с меньшим количеством свободных электронов, чем металлические связи. Четырехвалентные элементы, такие как кремний, смешанный с пятивалентной добавкой, такой как фосфор, становятся полупроводниками n-типа, поскольку они обеспечивают больше электронов в структуре. Поскольку у него есть один дополнительный электрон, он считается отрицательно заряженным.

В PN-диоде электрод, соединенный с полупроводником p-типа, называется анодом (A), а электрод, соединенный с полупроводником n-типа, называется катодом (K). (Рисунок 1)

При присоединении полупроводника n-типа (дополнительный электрон) и p-типа (дополнительная дырка) происходит мгновенный поток электронов со стороны n на сторону p, в результате чего между ними образуется пустая зона. Следовательно, когда «-» подключен к анодной стороне, а «+» подключен к катодной стороне PN-диода, электроны в полупроводнике притягиваются к анодной стороне, и на PN-диоде генерируется пустая зона электричества. узел. Следовательно, электричество в цепи не течет (рис. 2).

И наоборот, если «+» подключен к стороне анода, а «-» к стороне катода, заряды «+» и «-» в полупроводнике будут слипаться в P- и N-переходе и компенсировать друг друга, но электронам будет позволено двигаться от катода к аноду, позволяя электричеству течь. (Рисунок 3)

Таким образом, диоды обладают свойством проводить электричество только в фиксированном направлении. Светоизлучающие диоды (СИД), которые мы видим вокруг себя, предназначены для излучения света, когда электричество проходит через PN-переход. Диоды широко используются в различных приложениях, которые поддерживают нашу повседневную жизнь.

Роль диодов

Существует четыре основных области применения диодов:

(1) Исправление

В обычном блоке питания переменного тока направление тока всегда меняется. Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении; поэтому из переменного тока извлекается только прямой ток. Это известно как выпрямляющее действие диода.

(2) Обнаружение радиоволн

Диоды играют роль в извлечении аудиосигналов из радиоволн. Это известно как обнаружение волны. Радиоволны создаются путем объединения высокочастотных сигналов, используемых для связи, с низкочастотными сигналами, такими как голос.

(3) Контроль напряжения

Обычно диоды пропускают ток только в одном направлении. Однако, когда напряжение в противоположном направлении превышает определенное значение, начинает течь ток. Однако, когда напряжение в обратном направлении превышает определенное значение, начинает течь ток, и даже если ток увеличивается, напряжение не меняется. Это называется явлением пробоя, а напряжение, при котором происходит явление пробоя, называется «напряжением пробоя» или «напряжением Зенера». Это явление используется при контроле напряжения на диодах, и диоды, используемые для этой цели, называются диодами Зенера.

(4) Преобразование тока

Когда свет падает на PN-переход, электроны на стороне N рядом с переходом движутся. В результате электричество продолжает течь, пока горит свет. Это принцип солнечной батареи.
При отсутствии внешнего напряжения работает как батарея, а при подаче напряжения работает как диод. Некоторые диоды реагируют на видимый свет, тогда как другие, реагирующие на невидимый свет, используются в таких приложениях, как светоприемная часть инфракрасных пультов дистанционного управления.

Типы диодов

Существуют различные типы диодов; следующие наиболее распространенные типы:

Кремниевые диоды

Самый распространенный тип PN-диода. Чаще всего их называют выпрямительными диодами.

Германиевые диоды

Подобно кремниевым диодам, эти диоды сочетают в себе PN. Они часто используются для обнаружения волн из-за их низкого прямого падения напряжения, особенно в области, где ток составляет всего 0,1 мА. Однако в настоящее время широко используются диоды с барьером Шоттки из-за высокой стоимости германия.

Диод Шоттки

Этот диод изготовлен путем соединения металла и полупроводников. Эти диоды имеют лучшие характеристики переключения по сравнению с кремниевыми диодами и поэтому используются в быстродействующих цепях.

Переключающий диод

Этот диод используется для размыкания и замыкания цепи питания, например переключателя. Он включается, когда напряжение подается в направлении потока мощности, и выключается, когда напряжение подается в обратном направлении.

Диод Эсаки

В этом диоде используется туннельный эффект, открытый лауреатом Нобелевской премии Леоной Эсаки. Туннельный эффект — это свойство диодов с PN-переходом, которые имеют высокие концентрации примесей, позволяя току течь из-за квантово-механических эффектов. Из-за их чрезвычайно быстрого времени отклика они используются для генерации микроволн.

Светодиод (LED)

В этом диоде переход излучает свет, когда ток протекает через PN-переход. Когда электричество протекает через полупроводник, дырки и электроны в полупроводнике p-типа объединяются, и энергия излучается в виде света. Иногда он используется как источник питания и выпрямитель.

Стабилитрон

Этот диод используется для подачи напряжения в направлении, противоположном тому, в котором обычно протекает ток. Он используется для получения постоянного напряжения и защиты цепи от перенапряжения.

Связанные технические статьи

• Какова роль конденсатора в электронных компонентах? Ориентир на механизм
• Что такое индуктор (катушка)? Объяснение его принципа и роли
• Как прочитать код резистора и конденсатора
• Типы конденсаторов. Основные сведения о компонентах
• Типы резисторов. Знание базовых компонентов

Рекомендуемые продукты

Высоковольтные источники питания постоянного тока Matsusada Precision идеально подходят для тестирования диодов и других полупроводников.

Полное руководство по диодам

Диод — это специализированный электронный компонент, который действует как односторонний переключатель. Он проводит электрический ток только в одном направлении и ограничивает ток в противоположном направлении. Диод смещен в обратном направлении, когда он действует как изолятор, и смещен в прямом направлении, когда через него протекает ток. Диод имеет два вывода, анод и катод. Использование диодов включает переключатели, модуляторы сигналов, смесители сигналов, выпрямители, ограничители сигналов, регуляторы напряжения, генераторы и демодуляторы сигналов.

Диод в прямом смещении

Напряжение, подаваемое на анод, положительно по отношению к катоду. Кроме того, напряжение на диоде выше порогового напряжения, поэтому он действует как короткое замыкание и позволяет протекать току.

Диод в обратном смещении

Если катод смещен положительно по отношению к аноду, диод смещен в обратном направлении. Затем он будет действовать как разомкнутая цепь, что приводит к отсутствию тока.

Для чего используются диоды?

Защита от обратного тока

Блокировочный диод используется в некоторых цепях для защиты на случай случайной проблемы с обратным подключением, например неправильное подключение источника постоянного тока или изменение полярности. Поток тока в неправильном направлении может повредить другие компоненты схемы.

Диод для защиты от обратного тока

На приведенном выше рисунке показано, что блокировочный диод подключен последовательно с нагрузкой и с положительной стороной источника питания. В случае обратного подключения ток не будет течь, потому что диод будет находиться в обратном смещении. Тогда нагрузка будет защищена от обратного тока. Однако, если полярность правильная, диод будет находиться в прямом смещении, поэтому через него может протекать ток нагрузки.

Простые регуляторы напряжения

Регулятор напряжения используется для понижения входного напряжения до требуемого уровня и поддерживает его неизменным, несмотря на колебания в подаче питания. Его также можно использовать для регулирования выходного напряжения. Зенеровский диод обычно используется в качестве регулятора напряжения, поскольку он предназначен для работы в условиях обратного смещения. Он ведет себя как обычный сигнальный диод при прямом смещении. С другой стороны, напряжение остается постоянным для широкого диапазона тока при приложении к нему обратного напряжения.

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения

На приведенном выше рисунке ток в диоде ограничен последовательным резистором, подключенным к цепи. Поскольку диод подключен к положительной клемме источника питания, он работает как устройство обратного смещения, которое также может работать в условиях пробоя. Обычно используется диод с высокой номинальной мощностью, поскольку он может выдерживать обратное смещение выше напряжения пробоя. Ток стабилитрона всегда будет минимальным, если применяется минимальное входное напряжение и максимальный ток нагрузки. Учитывая входное напряжение и необходимое выходное напряжение, мы можем использовать стабилитрон с напряжением, примерно равным напряжению нагрузки.

Стабилизаторы напряжения

Ток, протекающий через стабилитрон, уменьшается в пользу тока нагрузки, когда нагрузочный резистор подключен параллельно стабилитрону. Величина тока, протекающего в нем, важна, потому что это ключ к стабилизации. Глядя на вольтамперную кривую для стабилитронов, вы заметите резкое увеличение напряжения пробоя, что доказывает, что они лучше всего стабилизируют небольшие постоянные напряжения. Ток увеличивается, а сопротивление диода уменьшается. Поэтому напряжение на стабилитроне почти такое же. Обычно резистор подключают, чтобы убедиться, что максимально допустимая мощность рассеяния не превышена.

Преобразование переменного тока в постоянный

Диоды обычно используются для построения различных типов схем выпрямителей, таких как однополупериодные, двухполупериодные, с отводом от средней точки и мостовые выпрямители. Одним из его основных применений является преобразование переменного тока в постоянный.

Во время положительного полупериода входного питания анод становится положительным по отношению к катоду. Диод будет находиться в прямом смещении, что приведет к протеканию тока на нагрузку. Однако во время отрицательного полупериода входной синусоидальной волны анод становится отрицательным по отношению к катоду. Таким образом, диод будет находиться в обратном смещении, и ток в нагрузку не пойдет. Выходное напряжение будет пульсирующим постоянным током, когда и напряжение, и ток на стороне нагрузки имеют одну полярность. Нагрузка резистивная в положительном полупериоде, и напряжение на нагрузочном резисторе будет таким же, как напряжение питания. Ток нагрузки будет пропорционален приложенному напряжению, а входное синусоидальное напряжение будет на нагрузке.

Как работает диод?

Диод считается полупроводниковым устройством, имеющим два вывода и функционирующим как односторонняя дверь для электрического тока. Полупроводники могут быть проводниками или изоляторами. Их сопротивление можно контролировать, увеличивая или уменьшая его сопротивление, называемое легированием. Легирование – это процесс добавления в материал примесных атомов.

Существует два типа полупроводниковых материалов:

• Материал N-типа — добавление количества мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других пятивалентных элементов может привести к получению полупроводникового материала N-типа. У него есть дополнительные электроны. Его дополнительные отрицательно заряженные частицы перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную область.
• Материал P-типа – добавление некоторого количества алюминия, галлия, бора, индия и других материалов может привести к получению полупроводникового материала P-типа. Имеет дополнительные отверстия.

Наличие дырок означает отсутствие электрона и наличие положительного заряда. Каждый раз, когда электрон движется в дырку, он создает за собой еще одну дырку, поскольку они движутся в направлении, противоположном электронам. Сочетание материалов N-типа и P-типа образует соединение P-N. Вы можете увидеть область истощения по обе стороны от диодного перехода. Эта область обеднена свободными электронами и дырками. Электроны со стороны N-типа заполняют дырки на стороне P-типа.

Что такое зона истощения?

Область истощения образуется, когда на диод не подается напряжение, поэтому электроны из материала N-типа заполняют отверстия в материале P-типа вдоль соединения между слоями. В этой области материал N-типа или P-типа возвращается в исходное изолирующее состояние. Электричество не может течь в обедненную область, так как все дыры заполнены и нет свободных электронов или пустых мест для электричества.

Вы увидите соединение P-N, когда отверстия перемещаются со стороны P на материал N-типа и обнажают отрицательные заряды. Затем вы увидите, как дырки и электроны диффундируют на другую сторону. После этого начинает формироваться область истощения.

Диоды с прямым смещением и диоды с обратным смещением

Диоды специального назначения

Стабилитроны

Стабилитроны состоят из сильно легированного PN-перехода, который проводит ток в обратном направлении, когда определенное указанное напряжение является проводящим в обратном направлении. Он также позволяет току течь в прямом или обратном направлении. Он обычно используется для ограничителей перенапряжения, регулирования напряжения, опорных элементов и любых других коммутационных приложений и цепей ограничителя.

Диоды Шоттки

Диоды Шоттки имеют низкое прямое падение напряжения, но очень быстрое переключение. Между металлом и полупроводником образуется переход полупроводник-металл, который создает барьер Шоттки. Когда через диод протекает ток, на клеммах диода возникает небольшое падение напряжения. Чем ниже падение напряжения, тем выше КПД системы и выше скорость переключения. Чаще всего диод Шоттки применяется в радиочастотах, в выпрямителях в некоторых силовых приложениях и в смесителях.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды могут быть смещенными или несмещенными. Выпрямительный диод становится несмещенным, когда на него не подается напряжение. В это время на стороне P находится большинство дырок-носителей заряда и очень мало электронов, в то время как на стороне N больше всего электронов и очень мало дырок. С другой стороны, он становится смещенным в прямом направлении, когда положительная клемма источника напряжения подключена к стороне P-типа, а отрицательная клемма подключена к стороне N-типа. Это будет обратное смещение, когда положительный вывод источника напряжения подключен к концу N-типа, а отрицательный вывод источника подключен к концу P-типа диода. Через диод не будет протекать ток, кроме обратного тока насыщения, потому что обедненный слой перехода становится шире с увеличением напряжения обратного смещения. Выпрямительные диоды обычно используются в качестве компонента в источниках питания, которые преобразуют напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Сигнальные диоды

Сигнальные диоды обычно используются для обнаружения сигналов. Обычно они имеют низкий максимальный номинальный ток и средне-высокое прямое напряжение. Одним из наиболее распространенных применений сигнального диода является базовый диодный переключатель.

Германиевые диоды

Германиевые диоды имеют изначально низкое падение прямого напряжения, обычно 0,3 В. Низкое прямое падение напряжения приводит к низким потерям мощности и более эффективному диоду, который во многих отношениях лучше, чем кремниевый диод. Это более важно в средах с очень низким уровнем сигнала, например, при обнаружении сигнала от аудио до частот FM и в логических схемах низкого уровня. Германиевые диоды имеют больший ток утечки для германия при обратном напряжении, чем для кремния.

Диоды-переходники

Диоды-переходники — одни из самых простых полупроводниковых устройств. Но в отличие от других диодов, они не ведут себя линейно по отношению к приложенному напряжению. Диоды имеют экспоненциальную зависимость тока от напряжения. Он образуется, когда полупроводник P-типа соединяется с полупроводником N-типа, создавая потенциальный барьер на диодном переходе.

Три возможных условия «смещения» для стандартного переходного диода

1. Прямое смещение — потенциал напряжения подключается отрицательно к материалу N-типа и положительно к материалу N-типа через диод, что уменьшает ширину диода PN-перехода .