Функция диода: Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод


Полупроводниковый диод — самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода.
Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении,
и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.


На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction).
Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод.
Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.

Диод в состоянии покоя


Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя.
То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.


Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы.
В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки.
В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков,
возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.


Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки.
В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах.
В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия
(стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.

Обратное включение диода


Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении.
Подключим источник питания — плюс к катоду, минус к аноду.


В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода.
Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода.
В результате, плотность вещества у электродов повышается.
В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.


Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток.
При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.

Прямое включение диода


Меняем полярность источника питания — плюс к аноду, минус к катоду.
В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания.
Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь,
положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам.
PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью,
между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода.
Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P.
Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона).
Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.


Чтобы не возникло путаницы, напомню,
что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.

Недостатки реального полупроводникового диода


На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток,
измеряемый в микро, или наноамперах ( в зависимости от модели прибора ).
В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде.
В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении.
Такое напряжение называется напряжение пробоя.
Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.


При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ,
для того чтобы диод начал хорошо проводить ток.
Для кремниевых приборов Vϒ — это примерно 0.7V, а для германиевых — около 0.3V.
Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода.

Как работает диод? Применение диодов

Как работает полупроводниковый диод

Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Здесь речь пойдет лишь о некоторых приборах, с которыми тебе в первую очередь придется иметь дело. Схематично диод можно представить, как две пластинки полупроводника, одна из которых обладает электропроводностью типа р, а другая типа n. На рис. 1, а дырки, преобладающие в пластинке типа р, условно изображены кружками, а электроны, преобладающие в пластинке типа n — черными шариками таких же размеров. Эти две области — два электрода диода: анод и катод. Анодом, т. е. положительным электродом, является область типа р, а катодом, т. е. отрицательным электродом, — область типа n. На внешние поверхности пластин нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода.

Такой полупроводниковый прибор может находиться в одном из двух состояний: открытом, когда он хорошо проводит ток, и закрытом, когда он плохо проводит ток. Если к его электродам подключить источник постоянного тока, например, гальванический элемент, но так, чтобы его положительный полюс был соединен с анодом диода, т. е. с областью типа р, а отрицательный — с катодом, т. е. с областью типа n (рис. 1, б), то диод окажется в открытом состоянии и в образовавшейся цепи пойдет ток, значение которого зависит от приложенного к нему напряжения и свойств диода/ При такой полярности подключения батареи электроны в области типа n перемещаются от минуса к плюсу, т. е. в сторону области типа р, а дырки в области типа р движутся навстречу электронам — от плюса к минусу. Встречаясь на границе областей, называемой электронно-дырочным переходом или, короче, р-n переходом, электроны как бы «впрыгивают» в дырки, в результате и те, и другие при встрече прекращают свое существование.

Рис. 1. Схематическое устройство и работа полупроводникового диода

Металлический контакт, соединенный с отрицательным полюсом элемента, может отдать области типа n практически неограниченное количество электронов, пополняя убыль электронов в этой области, а контакт, соединенный с положительным полюсом элемента, может принять из области типа р такое же количество электронов, что равнозначно введению в него соответствующего количества дырок. В этом случае сопротивление р-n перехода мало, вследствие чего через диод идет ток, называемый прямым током. Чем больше площадь р-n перехода и напряжение источника питания, тем больше этот прямой ток.

Если полюсы элемента поменять местами, как это показано на рис. 1, в, диод окажется в закрытом состоянии. В этом случае электрические заряды в диоде поведут себя иначе. Теперь, удаляясь от р-n перехода, электроны в области типа n будут перемещаться к положительному, а дырки в области типа р к отрицательному контактам диода. В результате граница областей с различными типами электропроводности как бы расширится, образуя зону, обедненную электронами и дырками (на рис. 1, в она заштрихована) и, следовательно, оказывающую току очень большое сопротивление. Однако в этой зоне небольшой обмен носителями тока между областями диода все же будет происходить. Поэтому через диод пойдет ток, но во много раз меньший, чем прямой. Этот ток называют обратным током диода. На графиках, характеризующих работу диода, прямой ток обозначают Iпр, а обратный Iобр.

А если диод включить в цепь с переменным током? Он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская ток одного направления — прямой ток Iпр и закрывания при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления обратный ток Iобр. Эти свойства диодов и используют в выпрямителях для преобразования переменного тока в ток постоянный.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток, называют прямым (пишут Uпр) или пропускным, а напряжение обрат ной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток, называют обратным (пишут Uобр) или непропускным. При прямом напряжении сопротивление диода хорошего качества не превышает нескольких десятков ом, при обратном же напряжении его сопротивление достигнет десятков, сотен килоом и даже мегаом. В этом нетрудно убедиться, если обратное сопротивление диода измерить омметром.

001

Внутреннее сопротивление открытого диода величина непостоянная и зависит от прямого напряжения, приложенного к диоду: чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1 В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = U/I = 1/0,1 = 10 Ом. В закрытом состоянии на диоде падает почти все прикладываемое к нему напряжение, обратный ток через него чрезвычайно мал, а сопротивление, следовательно, велико.

Зависимость тока через диод от значения и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода. Такую характеристику ты видишь на рис. 2. Здесь по вертикальной оси вверх отложены значения прямого тока Iпр, а внизу — обратного тока Iобр. По горизонтальной оси вправо обозначены значения прямого напряжения Uпр, влево обратного напряжения Uобр.

На такой вольт-амперной характеристике различают прямую ветвь (в правой верхней части), соответствующую прямому току через диод, и обратную ветвь, соответствующую обратному току. Из нее видно, что ток Iпр диода в сотни раз больше тока Iобр

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Так, например, уже при прямом напряжении Uпр = 0,5 В ток Iпр равен 50 мА (точка а на характеристике), при Uпр = 1 В он возрастает до 150 мА (точка б на характеристике), а при обратном напряжении Uобр = 100 В обратный ток Iобр не превышает 0,5 мА (500 мкА). Подсчитай, во сколько раз при одном и том же прямом и обратном напряжении прямой ток больше обратного.

Прямая ветвь идет круто вверх, как бы прижимаясь к вертикальной оси. Она характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения. Обратная же ветвь, как видишь, идет почти параллельно горизонтальной оси, характеризуя медленный рост обратного тока. Наличие заметного обратного тока — недостаток диодов.

Примерно такие вольт-амперные характеристики имеют все германиевые диоды. Вольт-амперные характеристики кремниевых диодов чуть сдвинуты вправо. Объясняется это тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1–0,2 В, а кремниевый при 0,5–0,6 В.

Прибор, на примере которого я рассказал тебе о свойствах диода, состоял из двух пластин полупроводников разной электропроводности, соединенных между собой плоскостями. Подобные диоды называют плоскостными. В действительности же плоскостной диод представляет собой одну пластину полупроводника, в объеме которой созданы две области разной электропроводности. Технология изготовления таких диодов заключается в следующем. На поверхности квадратной пластины площадью 2–4 мм2 и толщиной в несколько долей миллиметра, вырезанной из кристалла полупроводника с электронной электропроводностью, расплавляют маленький кусочек индия. Индий крепко сплавляется с пластинкой. При этом атомы индия проникают (диффундируют) в толщу пластинки, образуя в ней область с преобладанием дырочной электропроводности (рис. 3, а). Получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности, а между ними р-n переход. Контактами электродов диода служат капелька индия и металлический диск (или стержень) с выводными проводниками.

Так устроены наиболее распространенные плоскостные германиевые и кремниевые диоды. Внешний вид некоторых из них показан на рис. 3, б.

Рис. 3. Схематическое устройство (а) и внешний вид некоторых плоскостных диодов (б)

Приборы заключены в цельнометаллические корпуса со стеклянными изоляторами, что позволяет использовать их для работы в условиях повышенной влажности. Диоды, рассчитанные на значительные прямые токи, имеют винты с гайками для крепления их на монтажных панелях или шасси радиотехнических устройств.

Плоскостные диоды маркируются буквами и цифрами, например: Д226А, Д242. Буква Д в маркировке прибора означает «диод», цифры, следующие за нею, — заводской порядковый номер конструкции. Буквы, стоящие в конце обозначения диодов, указывают на разновидности групп приборов. Плоскостные диоды предназначены в основном для работы в выпрямителях переменного тока блоков питания радиоаппаратуры, поэтому их называют еще выпрямительными диодами.

Схему простейшего выпрямителя переменного тока ты видишь на рис. 4, а. На вход выпрямителя подается переменное напряжение электроосветительной сети. К выходу выпрямителя подключен резистор Rн, символизирующий нагрузку, питающуюся от выпрямителя. Функцию выпрямленного элемента выполняет диод V. Сущность работы такого выпрямителя иллюстрируют графики, помещенные на том же рисунке

Рис. 4. Схемы однополупериодного выпрямителя

При положительных полупериодах напряжения на аноде диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку, подключенную к выпрямителю, течет прямой ток диода Iпр. При отрицательных полупериодах напряжения на аноде диод закрывается и во всей цепи, в которую он включен, течет незначительный обратный ток диода Iобр. Диод как бы отсекает большую часть отрицательных полуволн переменного тока (на рис. 4, а показано штриховыми линиями). И вот результат: через нагрузку Rн, подключенную к сети через диод V, течет уже не переменный, а пульсирующий ток — ток одного направления, но изменяющийся по значению с частотой 50 Гц. Это и есть выпрямление переменного тока. Таким образом, диод является прибором, обладающим резко выраженной односторонней проводимостью электрического тока. И если пренебречь малым обратным током (что и делают на практике), который у исправных диодов не превышает малые доли миллиампера, можно считать, что диод является односторонним проводником тока.

Можно ли таким током питать нагрузку? Можно, он ведь выпрямленный. Но не каждую. Лампу накаливания, например, можно, если, конечно, выходное напряжение не будет превышать то напряжение, на которое лампа рассчитана. Ее нить будет накаливаться не постоянно, а импульсами, следующими с частотой 50 Гц. Из-за тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутки между импульсами, поэтому никаких мерцаний света мы не заметим.

А вот приемник питать таким током нельзя. Потому что в цепях его усилителей ток тоже будет пульсировать с такой же частотой. В результате в телефонах или головке громкоговорителя на выходе приемника будет прослушиваться гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Этот недостаток можно частично устранить, если на выходе выпрямителя параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор большой емкости, как это показано на рис. 4, б. Заряжаясь от импульсов тока, конденсатор Сф в момент спадания тока или его исчезновения (между импульсами) разряжается через нагрузку Rн. Если конденсатор достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться и в нагрузке будет непрерывно поддерживаться ток. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на рис. 4, б сплошной волнистой линией. Но и таким, несколько приглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель: он будет «фонить», так как пульсации пока еще очень ощутимы.

В выпрямителе, с работой которого ты сейчас познакомился, полезно используется энергия только половины волн переменного тока. Такое выпрямление переменного тока называют однополупериодными, а выпрямители — однополупериодными выпрямителями. Однако выпрямителям, построенным по таким схемам, присущи два существенных недостатка. Первый из них заключается в том, что напряжение выпрямленного тока равно примерно напряжению сети, в то время как для питания транзисторных конструкций необходимо более низкое напряжение, а для ламповых часто более высокое напряжение. Второй недостаток — недопустимость присоединения заземления к приемнику, питаемому от такого выпрямителя. Если приемник заземлить, ток из электросети пойдет через приемник в землю — могут перегореть предохранители. Кроме того, приемник или усилитель, питаемые от такого выпрямителя и, таким образом, имеющие прямой контакт с электросетью, опасны — можно получить электрический удар.

Оба эти недостатка устранены в выпрямителе с трансформатором (рис. 5). Здесь выпрямляется не напряжение электросети, а напряжение вторичной (II) обмотки сетевого трансформатора Т. Поскольку эта обмотка изолирована от первичной сетевой обмотки I, радиоконструкция не имеет контакта с сетью и к ней можно подключать заземление.

Рис. 5 Двухполупериодный выпрямитель с сетевым трансформатором

В выпрямителе на рис. 5 четыре диода, включенные по так называемой мостовой схеме. Диоды являются плечами выпрямительного моста. Нагрузка Rн включена в диагональ 1–2 моста. В таком выпрямителе в течение каждого полупериода работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов. Следи внимательно! Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки положительный полупериод напряжения, ток идет через диод V2, нагрузку Rн, диод V3 к нижнему выводу обмотки II (график а). Диоды V1 и V4 в это время закрыты. В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем выводе обмотки II, ток идет через диод V4, нагрузку Rн, диод V1 к верхнему выводу обмотки (график б). В это время диоды V2 и V3 закрыты и, естественно, ток через себя не пропускают. И вот результаты: меняются знаки напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

Эффективность работы двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодным налицо: частота пульсаций выпрямленного тока удвоилась, «провалы» между импульсами уменьшились. Среднее значение напряжения постоянного тока на выходе такого выпрямителя равно примерно переменному напряжению, действующему во всей вторичной обмотке трансформатора. А если выпрямитель дополнить фильтром, сглаживающим пульсации выпрямленного тока, выходное напряжение увеличится в 1,4 раза, т. е. примерно на 40 %. Именно такой выпрямитель я позже буду рекомендовать тебе для питания транзисторных конструкций.

Теперь о точечном диоде

Внешний вид одного из таких приборов и его устройство (в значительно увеличенном виде) показаны на рис. 6.

Рис. 6. Схематическое устройство и внешний вид точечного диода серии Д9

Это диод серии Д9. Буква «Д» в его маркировке означает диод, а цифра 9 — порядковый заводской номер конструкции. Такой или ему подобный диод, например Д2, тебе уже знаком — я рекомендовал использовать его в твоем первом приемнике в качестве детектора.

Выпрямительным элементом диода служат тонкая и очень маленькая (площадью около 1 мм2) пластина полупроводника германия или кремния n типа и вольфрамовая проволочка, упирающаяся острым концом в пластину. Они припаяны к отрезкам посеребренной проволоки длиной примерно по 50 мм, являющимися выводами диода. Вся конструкция находится внутри стеклянной трубочки диаметром около 3 и длиной меньше 10 мм, запаянной с концов.

После сборки диод формуют — пропускают через контакт между пластиной полупроводника и острием вольфрамовой проволочки ток определенного значения. При этом под острием проволочки в кристалле полупроводника образуется небольшая область с дырочной электропроводностью. Получается электронно-дырочный переход, обладающий односторонней проводимостью тока. Пластина полупроводника является катодом, а вольфрамовая проволочка — анодом точечного диода.

Вывод анода диодов серии Д9 обозначают цветными метками на их корпусах. Электроды точечного диода серии Д2 обозначают символом диода на одном из его ленточных выводов. У точечного диода площадь соприкосновения острия проволочки с поверхностью пластины полупроводника чрезвычайно мала — не более 50 мкм2. Поэтому токи, которые точечные диоды могут выпрямлять в течение продолжительного времени, малы. Точечные диоды радиолюбители используют в основном для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, поэтому их часто называют высокочастотными диодами.

Как для плоскостных, так и для точечных диодов существуют максимально допустимые значения прямого и обратного токов, зависящие от прямого и обратного напряжений и определяющие их выпрямительные свойства и электрическую прочность. Это их основные параметры. Плоскостной диод Д226В, например, может продолжительное время выпрямлять ток до 300 мА. Но если его включить в цепь, потребляющую ток более 300 мА, он будет нагреваться, что неизбежно приведет к тепловому пробою р-n перехода и выходу диода из строя. Диод будет пробит и в том случае, если он окажется в цепи, в которой на него будет подаваться обратное напряжение более чем 400 В.

Допустимый выпрямленный ток для точечного диода Д9А 65 мА, а допустимое обратное напряжение 10 В. Основные параметры полупроводниковых диодов указывают в их паспортах и справочных таблицах. Превышение предельных значений приводит к выходу приборов из строя.

А теперь, чтобы лучше закрепить в памяти твое представление о свойствах диодов, предлагаю провести такой опыт. В электрическую цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки накаливания, рассчитанной на напряжение 3,5 В и ток накала 0,28 А, включи любой плоскостной диод из серии Д226 или Д7, но так, чтобы анод диода был соединен непосредственно или через лампочку с положительным выводом батареи, а катод с отрицательным выводом (рис. 7, а). Лампочка должна гореть почти так же, как если бы диода не было в цени. Измени порядок включения электродов диода в цепь на обратный (рис. 7, б). Теперь лампочка гореть не должна. А если горит, значит, диод оказался с пробитым р-n переходом. Такой диод можно разломать, чтобы посмотреть, как он устроен, — для работы как выпрямитель он все равно непригоден. Но, надеюсь, диод был хорошим и опыт удался.

Рис. 7. Опыты с плоскостным диодом

Почему при первом включении диода в цепь лампочка горела, а при втором не горела? В первом случае диод был открыт, так как на него подавалось прямое напряжение Uпр, сопротивление диода было мало и через него протекал прямой ток Iпр, значение которого определялось нагрузкой цепи — лампочкой. Во втором случае диод был закрыт, так как к нему прикладывалось обратное напряжение Uобр, равное напряжению батареи. Сопротивление диода было очень большое, и в цепи тек лишь незначительный обратный ток Iобр, который не мог накалить нить лампочки.

В этом опыте лампочка выполняла двоякую функцию. Она, во-первых, была индикатором наличия тока в цепи, а во-вторых, ограничивала ток в цепи до 0,28 А и таким образом защищала диод от перегрузки.

См. также:

  • Как работает резистор? Применение резисторов…
  • Как работает конденсатор? Применение конденсаторов…
  • Закон ома…
  • Как работает предохранитель?..

Диоды — конструкция, функции, типы, испытания

Диод представляет собой полупроводниковый прибор. Диоды играют важную роль в электронных схемах. Они используются в основном в неуправляемых выпрямителях для преобразования переменного тока в фиксированное постоянное напряжение и в качестве обратных диодов для обеспечения пути для протекания тока в индуктивных нагрузках.

Конструкция

Диоды могут быть изготовлены из двух полупроводниковых материалов: кремния и германия. Силовые диоды обычно изготавливаются из кремния. Кремниевые диоды могут работать при более высоких токах и температурах перехода, а также имеют большее обратное сопротивление.

Структура полупроводникового диода и его условное обозначение показаны на рисунке ниже. Диод имеет две клеммы: анодную клемму A (P-переход) и катодную клемму K (N-переход). Когда анодное напряжение более положительное, чем катодное, говорят, что диод смещен в прямом направлении и легко проводит ток при относительно низком падении напряжения. Когда напряжение на катоде больше положительного, чем на аноде, говорят, что диод смещен в обратном направлении и блокирует протекание тока. Стрелка на символе диода показывает направление обычного тока, когда диод проводит.

 

Диоды и символ

Диоды Функция

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении. Стрелка символа цепи показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — это электрическая версия лампы, а ранние диоды фактически назывались лампами.

Падение напряжения в прямом направлении

Электричество расходует немного энергии, проталкиваясь через диод, подобно тому, как человек толкает дверь пружиной. Это означает, что на проводящем диоде есть небольшое напряжение, оно называется прямое падение напряжения и составляет около 0,7 В для всех обычных диодов, изготовленных из кремния. Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, проходящего через диод, поэтому они имеют очень крутую характеристику (график ток-напряжение).

Обратное напряжение

При подаче обратного напряжения идеальный диод не проводит ток, но все настоящие диоды пропускают очень малый ток в несколько мкА или меньше. В большинстве схем этим можно пренебречь, потому что он будет намного меньше, чем ток, протекающий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50В и более) и при превышении этого диода выйдет из строя и пропустит большой ток в обратном направлении, это называется пробой .
Обычные диоды можно разделить на два типа: сигнальные диоды, пропускающие небольшие токи до 100 мА и выпрямительные диоды, пропускающие большие токи. Кроме того, есть светодиоды (у которых есть своя страница) и стабилитроны (внизу этой страницы).

Соединение и пайка

Подключение диодов

Диоды должны быть подключены в правильном порядке, схема может быть обозначена a или + для анода и k или — для катода (да, это действительно k, а не c, для катод!). Катод отмечен линией, нанесенной на корпус. Диоды помечены своим кодом мелким шрифтом; вам может понадобиться увеличительное стекло, чтобы прочитать это на малых сигнальных диодах!

Маленькие сигнальные диоды могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если вы не используете германиевый диод (коды начинаются с OA. ..), в этом случае следует использовать радиатор, закрепленный на выводе между соединением и корпусом диода. В качестве радиатора можно использовать стандартный зажим-крокодил.

Выпрямительные диоды достаточно прочны, и при их пайке не требуется особых мер предосторожности.

Проверка диодов

Вы можете использовать мультиметр или простой тестер (аккумулятор, резистор и светодиод), чтобы проверить, проводит ли диод в одном направлении, а не в другом. Лампу можно использовать для проверки диода выпрямителя, но НЕ используйте лампу для проверки сигнального диода, потому что большой ток, проходящий через лампу, разрушит диод!

Сигнальные диоды (слабый ток)

Сигнальные диоды используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они необходимы только для пропуска малых токов до 100 мА.

Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

Германиевые диоды , такие как OA90, имеют более низкое прямое падение напряжения 0,2 В, что делает их пригодными для использования в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих звуковой сигнал из слабого радиосигнала.

Для общего применения, где величина прямого падения напряжения менее важна, лучше подходят кремниевые диоды, поскольку они менее легко повреждаются теплом при пайке, имеют более низкое сопротивление при проводке и имеют очень низкие токи утечки при подается обратное напряжение.

Защитные диоды для реле

Диод Максимальный
Ток 		Максимальный
Обратное напряжение
0013
1N4001 1A 50V
1N4002 1A 100V
1N4007 1A 1000V
1N5401 3A 100V
1N5408 3A 1000 В

Сигнальные диоды также используются с реле для защиты транзисторов и интегральных схем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при отключении катушки реле. На схеме показано, как защитный диод подключен к катушке реле, обратите внимание, что диод подключен «наоборот», так что он обычно НЕ проводит ток. Проводимость возникает только тогда, когда катушка реле выключена, в этот момент ток пытается продолжать течь через катушку и безвредно отводится через диод. Без диода ток не мог бы течь, и катушка производила бы разрушительный «всплеск» высокого напряжения, пытаясь поддерживать ток.

Выпрямительные диоды (большой ток)

Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC). Этот процесс называется выпрямлением. Они также используются в других местах в цепях, где через диод должен проходить большой ток.

Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице приведены максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства низковольтных цепей с током менее 1 А.

Какова функция диода?

Каталог

3

Ⅰ. Принцип работы

1,1 Терминология

1,2 PN Junction

1.2.1 Принцип

1.2.1 Принцип

1.2.1. 9003

1.2.1. 3 Дополнение

Ⅱ. Применение диодов

2.1 Основные функции

2.2 Типичные области применения диодов

Ⅲ. Один вопрос, связанный с функциями диодов и дальнейшими действиями Рекомендации производителей диодов

Ⅰ. Принцип работы

1.1 Терминология

Диод представляет собой двухполюсное электронное устройство с однонаправленной проводимостью. Он делится на электронный диод и кристаллический диод. Из-за тепловых потерь нити накала эффективность электронного диода ниже, чем у кристаллического диода. Поэтому последний обычно используется в электронике.

Основной принцип диода заключается в использовании однонаправленной проводимости PN-перехода. А добавление выводов и пакетов к PN-переходу становится диодом.

Кристаллический диод представляет собой PN-переход, образованный полупроводником P-типа и полупроводником N-типа. Слой объемного заряда формируется по обеим сторонам интерфейса, и создается собственное электрическое поле. Когда нет приложенного напряжения, диффузионный ток, вызванный разницей в концентрации носителей между двумя сторонами PN-перехода, и ток дрейфа, вызванный собственным электрическим полем, равны, то есть они находятся в состоянии электрического равновесия. .

При прямом смещении напряжения извне взаимное подавление внешнего электрического поля и собственного электрического поля приводит к увеличению диффузионного тока носителей, вызывая прямой ток. Когда снаружи имеется смещение обратного напряжения, внешнее электрическое поле и собственное электрическое поле дополнительно усиливаются, образуя обратный ток насыщения, который не зависит от значения напряжения обратного смещения в определенном диапазоне обратного напряжения.

Когда приложенное обратное напряжение достигает определенного уровня, напряженность электрического поля в слое пространственного заряда PN-перехода достигает критического значения, что приводит к процессу умножения носителей для генерации большого количества электронно-дырочных пар и, наконец, генерируя большой обратный ток пробоя, который называется явлением пробоя диода. Другими словами, обратный пробой PN-перехода делится на пробой Зинера и лавинный пробой.

 

Рисунок 1. Полупроводник P-типа и полупроводник N-типа

1.2 PN-переход

Под PN-переходом понимается особый заряженный тонкий слой, образованный на границе раздела между полупроводником p-типа и полупроводником N-типа. с помощью специального процесса. Кроме того, полупроводники P-типа и полупроводники N-типа обычно называют P-областями и N-областями. Формирование PN-перехода связано с наличием большого количества положительных дырок в области P и большого количества свободных электронов в области N. Следовательно, разница концентраций носителей вызывает диффузионное движение. Положительные дырки из P-области диффундируют в N-область, а свободные электроны из N-области диффундируют в P-область. Кроме того, положительные дырки и свободные электроны движутся в противоположных направлениях.

Отвод соответственно подключен с двух сторон PN-перехода. Проводка в P-области называется положительным полюсом (анодом) и соединяется с положительным полюсом источника питания; вывод на N-области называется отрицательным полюсом (катодом) и соединяется с отрицательным полюсом источника питания.

1.2.1 Принцип

Полупроводники P-типа легированы собственными полупроводниками (полностью чистый, структурно неповрежденный полупроводниковый кристалл) с небольшим количеством примесей трехвалентных элементов, таких как бор. Из-за атома трибора, когда он образует ковалентную связь с окружающим атомом кремния, из-за отсутствия электрона в кристалле создается вакансия. Когда электроны на соседних ковалентных связях получают энергию, ее можно заполнить, чтобы сделать атом бора неподвижным отрицательным анионом, в то время как ковалентная связь исходного атома кремния образует дырки из-за отсутствия электрона, но весь полупроводник еще нейтрально. В этом полупроводнике P-типа дырки в основном являются проводниками, дырки являются основными носителями и свободными электронами.

Принцип формирования полупроводников N-типа аналогичен принципу P-типа. Когда пятивалентные атомы, такие как фосфор, легируются в собственных полупроводниках, они образуют ковалентные связи с атомами кремния, создавая свободные электроны. В полупроводниках N-типа основными носителями являются электроны, а неосновными — дырки.

 

Рис. 2. PN-переход

Следовательно, трехвалентные и пятивалентные примесные элементы, легированные в две разные области собственного полупроводника, образуют область P-типа и область N-типа. По характеристикам полупроводника N-типа и полупроводника P-типа видно, что разница в концентрации электронов и дырок возникает на границе раздела между ними. Существует разница в концентрации электронов и дырок. Кроме того, и электроны, и дырки диффундируют из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, что нарушает электрическую нейтральность в исходном соединении.

1.2.2 Свойство: однонаправленная проводимость

К PN-переходу приложено прямое напряжение. Под действием этого приложенного электрического поля равновесное состояние PN-перехода нарушается. Дырки в области P и электроны в области N перемещают PN-переход, а отрицательные ионы нейтрализуют электроны и положительные ионы в области N PN-перехода, что сужает пространство PN-перехода. С увеличением приложенного электрического поля диффузионное движение еще больше усиливается, а дрейфовое ослабевает. Когда приложенное напряжение превышает пороговое напряжение, PN-переход эквивалентен малому сопротивлению, то есть PN-переход включается.

1.2.3 Дополнительное примечание

Когда прямое напряжение подается на PN-переход, направление внутреннего тока такое же, как и у источника питания, и ток может легко образовывать токовую петлю через PN-переход. В это время PN-переход находится в состоянии с низким импедансом (импеданс в состоянии прямого смещения мал), а схема находится в проводящем состоянии.

Когда обратное напряжение подается на PN-переход, направление тока внутри него противоположно источнику питания, и току нелегко образовать петлю через PN-переход. В это время PN устанавливается в состояние высокого импеданса, а схема находится в выключенном состоянии.

 

Ⅱ. Применение диодов

Диод является одним из первых полупроводниковых устройств, благодаря своей однонаправленной проводимости полупроводниковые диоды используются практически во всех электронных схемах. Он играет важную роль во многих электронных схемах. Диод — это фундаментальный компонент, который вы должны понимать, если хотите развить свое мастерство в области электроники.

Функция диода в цепи Использование

2.1 Основные функции

Диоды используются практически во всех электронных схемах. Использование полупроводниковых диодов в схеме может защитить схему и продлить срок службы схемы. Разработка полупроводниковых диодов улучшила интегральные схемы и сыграла активную роль в различных областях. Далее кратко описывается роль диода в следующих четырех схемах.

（1）В схеме переключения (управление током)

В цифровых и интегральных схемах однонаправленная проводимость диода используется для включения или выключения цепи, и эта технология получила широкое распространение. Например, переключающие диоды могут хорошо защитить цепь, предотвратить перегорание цепи из-за коротких замыканий и т. д., а также сохранить функцию традиционных переключателей. Еще одной особенностью переключающего диода является высокая скорость переключения. Это не сравнимо с традиционными переключателями.

（2）В цепи ограничителя (управление сигналом)

В электронных схемах цепи ограничителя обычно используются для обработки различных сигналов. Он используется для выборочной передачи части сигнала в пределах заданного диапазона уровней. Большинство диодов можно использовать в качестве ограничителей, но иногда необходимы специальные ограничительные диоды, например, защитные устройства.

（3）В цепи регулятора (защита от перенапряжения)

Стабилитроны обычно используются в цепях стабилизации напряжения. Это кремниевый полупроводниковый диод с поверхностным переходом, изготовленный по специальной технологии. Этот специальный диод имеет высокую концентрацию примесей, высокую плотность заряда в зарядовом пространстве и легко формирует электрическое поле. Когда обратное напряжение на стабилитроне увеличивается до определенного значения, обратный ток резко возрастает, вызывая обратный пробой.

（4）В варакторной схеме (демодуляция сигналов)

Варакторные диоды обычно используются в варакторных схемах для реализации автоматического управления частотой, настройки, частотной модуляции и сканирования колебаний цепей. Они широко используются в микроволновых схемах, таких как параметрические усилители, электронные тюнеры и удвоители частоты.

 

2.2 Типичные области применения диодов

0002 С развитием технологий светодиоды стали широко применяться в индикаторах различных электронных изделий, источниках света для оптоволоконной связи, индикаторах различных приборов и осветительных приборов. Многие характеристики светодиодов не имеют себе равных у обычных светоизлучающих устройств, таких как безопасность, высокая эффективность, защита окружающей среды, длительный срок службы, быстрое реагирование, небольшой размер, прочная конструкция и так далее. Таким образом, светодиод является красивым источником света, отвечающим требованиям зеленого освещения.

Вот некоторые из их основных применений:

Светодиоды обычно используются в качестве подсветки экрана или дисплея и источника света в электронных устройствах. Например, от больших ЖК-телевизоров, компьютерных дисплеев до медиаплееров MP3, MP4 и мобильных дисплеев в качестве подсветки экрана используются светодиоды.

Светодиоды широко используются в автомобилях и крупной технике. Указатели поворота, внутреннее освещение, освещение машин и приборов, фары, указатели поворота, стоп-сигналы и задние фонари в автомобилях и крупном механическом оборудовании — все это светодиоды. Кроме того, срок службы светодиодов обычно больше, чем у автомобилей и крупной техники).

Поскольку светодиоды обладают более высокой эффективностью, меньшим потреблением энергии, более длительным сроком службы и высокой яркостью, чем обычные осветительные устройства, они используются в таком оборудовании, как шахтерские лампы и подземное освещение. Они заменят обычные осветительные приборы в приложениях для майнинга.

В современном обществе неоновые огни являются важным символом городских городов, но неоновые огни имеют короткий срок службы. К счастью, использование светоизлучающих диодов для замены неоновых ламп имеет много преимуществ, поскольку светодиоды имеют такие преимущества, как долгий срок службы, энергосбережение, простота вождения и управления, а также отсутствие необходимости в длительном обслуживании. Поэтому замена неона светодиодами будет неизбежным результатом развития светотехники.

  • Стабилитрон

Стабилитрон , его ток меняется в широких пределах, но напряжение практически не меняется. Они классифицируются по напряжению пробоя. Если вы хотите получить более высокое напряжение, вы можете использовать его последовательно, что может обеспечить более высокое постоянное выходное напряжение. Например, 1N4620 стабилизировал 3,3 В, 1N4625 стабилизировал 5,1 В и т. д., а мощность варьируется от 200 мВт до 100 Вт.

 

Рис. 4. Цепь стабилитрона

  • Выпрямительный диод

Выпрямительный диод может использовать одностороннюю электрическую проводимость для преобразования переменного тока в постоянный. Такое однонаправленное поведение называется исправлением. То есть диод выпрямителя может формировать схему выпрямителя на основе своих характеристик. Как правило, он широко используется в схемах с низкой частотой обработки, таких как схемы выпрямителей, встроенные схемы и схемы защиты. Кроме того, основным соображением при использовании выпрямительных диодов является то, что максимальный выпрямленный ток и максимальное обратное рабочее напряжение должны быть больше, чем значения при фактической работе.

 

Рисунок 5. Схема двухполупериодного выпрямителя

Для обратного времени восстановления частоты среза выпрямительного диода в обычном регулируемом источнике питания рабочие требования не очень строгие. Как правило, ключевыми моментами являются максимальный ток выпрямителя и максимальное обратное рабочее напряжение. К таким выпрямительным диодам относятся серии 1NXX и 2CZ. Для высокочастотных импульсных источников питания используются выпрямительные диоды с большей рабочей частотой и меньшим временем обратного восстановления, к таким диодам относятся серии РУ, серии В, серии 1СР.

  • Детекторный диод

Детекторные диоды обладают высокой эффективностью обнаружения и хорошими частотными характеристиками и обычно используются в слабых сигнальных цепях, таких как полупроводниковые радиоприемники и телевизоры. Что касается обнаружения, то он должен брать сигнал модуляции из входного сигнала, а размер выпрямленного тока обычно составляет 100 мА в качестве точки разделения, а выходной ток обычно меньше 100 мА.

 

 Рисунок 6. Цепь детекторного диода

  • Диод Шоттки

A Диод Шоттки — маломощный сверхбыстродействующий диод. Его основными характеристиками являются короткое время обратного восстановления и малые потери при переключении. При работе его прямое падение напряжения составляет всего около 0,4 В. Такое маломощное сверхбыстродействующее полупроводниковое устройство широко используется в импульсных источниках питания, инверторах, драйверах и т. д. Они обычно используются в качестве высокочастотных, низковольтных, сильноточных выпрямительных диодов, обратных диодов. , защитные диоды, или в микроволновых коммуникационных и других цепях, как диоды выпрямителя, диоды обнаружения слабого сигнала.

  • Переключающий диод

Переключающий диод — это тип полупроводникового диода. Когда есть прямой ток, ток течет, и устройство включается. Когда течет отрицательный ток, диод не проводит. Он играет роль переключения и изоляции в цепи.

 

Рисунок 7. Цепь переключающего диода

VD1 является переключающим диодом в схеме, и его функция эквивалентна выключателю, который используется для включения и выключения конденсатора C2.

  • Диод с быстрым восстановлением

Диод с быстрым восстановлением (обозначаемый как FRD) представляет собой полупроводниковый диод с хорошими характеристиками переключения и коротким временем обратного восстановления. Он в основном используется в импульсных источниках питания, широтно-импульсных модуляторах ШИМ, инверторах и других электронных схемах, в качестве высокочастотного выпрямительного диода, обратного диода или демпфирующего диода. В настоящее время быстровосстанавливающиеся диоды в основном используются в качестве выпрямителей в инверторных источниках питания, ограничивающих и зажимающих высокочастотные сигналы.

Ограничитель переходного напряжения TVS представляет собой твердотельный диод, специально разработанный для защиты от электростатических разрядов.

 

Рисунок 8. Символ диода

 

3.1 Вопрос

Почему мы используем диод в цепи?

3.2 Ответ

Наиболее распространенная функция диода — пропускать электрический ток в одном направлении (так называемое прямое направление диода), блокируя его в противоположном (обратном). Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана. Это однонаправленное поведение называется выпрямлением и используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Формы выпрямителей-диодов можно использовать для таких задач, как выделение модуляции из радиосигналов в радиоприемниках.

 

Теперь, когда ваш поток течет в правильном направлении, пришло время применить ваши новые знания с пользой. Независимо от того, ищете ли вы отправную точку или просто запасаетесь, мы рекомендуем вам несколько хороших дистрибьюторов диодов:

  • Mouser Electronics

  • ОН Полупроводник

  • KYNIX Полупроводник

  • Цифровой ключ

 

Часто задаваемые вопросы о функции диода

1. Для чего используется диод?
Основные функции. Наиболее распространенная функция диода — пропускать электрический ток в одном направлении (так называемое прямое направление диода) и блокировать его в противоположном направлении (обратное направление). Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана.

 

2. Какова основная функция PN-диода?
Диод с p-n переходом представляет собой базовое полупроводниковое устройство, управляющее потоком электрического тока в цепи. Он имеет положительную (p) сторону и отрицательную (n) сторону, созданную добавлением примесей к каждой стороне кремниевого полупроводника.

 

3. Какова функция выпрямительного диода? Выпрямительные диоды
используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Этот процесс называется выпрямлением. Они также используются в других местах в цепях, где через диод должен проходить большой ток.

 

4. Диоды переменного или постоянного тока?
Один диод или четыре диода преобразуют бытовую электроэнергию 110 В в постоянный ток, образуя промежуточный (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель. Диод пропускает только половину волны переменного тока.

 

5. Какова функция стабилитрона? Стабилитроны
используются для регулирования напряжения, в качестве опорных элементов, ограничителей перенапряжения, а также в коммутационных устройствах и схемах ограничения. Напряжение нагрузки равно напряжению пробоя VZ диода. Последовательный резистор ограничивает ток через диод и сбрасывает избыточное напряжение, когда диод открыт.

 

6. В чем разница между диодом и выпрямителем?
Диод — это электронный компонент, позволяющий току течь только в одном направлении. Это двухконтактный полупроводниковый прибор. Выпрямитель представляет собой устройство, которое используется для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Диод используется в качестве переключателя, а выпрямитель используется для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.

Лучшие продажи диода

Фото Деталь Компания Описание Цена (долл. США)

Альтернативные модели

Деталь Сравнить Производители Категория Описание

Заказ и качество

Изображение Произв.

Опубликовано

в

от

admin

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *