Какво е диод?

Диодът е електронен компонент с два извода, ограничава потока ток в една посока и му позволява да тече свободно в обратната посока. Има много приложения в електронните схеми и може да се използва за изграждане на токоизправители, инвертори и генератори.

В тази статия ще вземем поглед какво е диод и как работи. Ще разгледаме и някои от обичайните му приложения в електронните схеми. Така че да започваме!

Как работи един диод?

Диодът е електронно устройство, което Тя позволява на токът трябва да тече в една посока. Те обикновено се намират в електрически вериги. Те работят на базата на полупроводниковия материал, от който са направени, който може да бъде от N-тип или P-тип. Ако диодът е N-тип, той ще пропуска ток само когато напрежението е приложено в същата посока като стрелката на диода, докато P-тип диодите ще пропускат ток само когато напрежението е приложено в посока, обратна на стрелката.

Полупроводниковият материал позволява протичането на ток, създавайкизона на изчерпване“, това е областта, където електроните са забранени. След като се приложи напрежение, зоната на изчерпване достига двата края на диода и позволява на тока да тече през него. Този процес се нарича "пристрастие напред".

Ако се приложи напрежение към обратно полупроводников материал, обратно отклонение. Това ще накара зоната на изчерпване да се простира само от единия край на терминала и ще спре протичането на тока. Това е така, защото ако напрежението беше приложено по същия маршрут като стрелката върху полупроводник от тип P, полупроводникът от тип P би действал като N-тип, защото би позволил на електроните да се движат в обратна посока на стрелката.

Протичане на диоден ток

За какво се използват диодите?

Диодите се използват за преобразувам постоянен ток към променлив ток, като същевременно блокира обратното провеждане на електрически заряди. Този основен компонент може да се намери и в димери, електрически двигатели и слънчеви панели.

Диодите се използват в компютрите за Безопасност компютърни електронни компоненти от повреда поради токови удари. Те намаляват или блокират напрежението над необходимото от машината. Освен това намалява консумацията на енергия от компютъра, спестява енергия и намалява топлината, генерирана вътре в устройството. Диодите се използват в уреди от висок клас като фурни, съдомиялни машини, микровълнови печки и перални машини. Те се използват в тези устройства за защита срещу щетите поради пренапрежения на тока, причинени от прекъсване на захранването.

Приложение на диоди

• корекция
• Като превключвател
• Верига за изолиране на източника
• Като референтно напрежение
• Честотен смесител
• Защита от обратен ток
• Защита срещу обратна полярност
• Защита от пренапрежение
• AM детектор на обвивка или демодулатор (диоден детектор)
• Като източник на светлина
• Във веригата на датчика за положителна температура
• Във веригата на сензора за светлина
• Слънчева батерия или фотоволтаична батерия
• Като машинка за подстригване
• Като фиксатор

История на диода

Думата "диод" идва от Греческий думата "diodous" или "diodos". Целта на диода е да позволи на електричеството да тече само в една посока. Диодът може да се нарече и електронен вентил.

Е намерено Хенри Джоузеф Раунд чрез експериментите си с електричество през 1884 г. Тези експерименти бяха проведени с помощта на вакуумна стъклена тръба, вътре в която имаше метални електроди в двата края. Катодът има пластина с положителен заряд, а анодът има пластина с отрицателен заряд. Когато токът преминаваше през тръбата, тя светваше, което показва, че енергията тече през веригата.

Кой е изобретил диода

Въпреки че първият полупроводников диод е изобретен през 1906 г. от Джон А. Флеминг, той се приписва на Уилям Хенри Прайс и Артър Шустер за независимо изобретяване на устройството през 1907 г.

Уилям Хенри Прийс и Артър Шустър

Типове диоди

• Малък сигнален диод
• Голям сигнален диод
• Ценеров диод
• светоизлъчващ диод (LED)
• DC диоди
• Диод на Шотки
• Шокли диод
• Стъпкови диоди за възстановяване
• Тунелен диод
• Варакторен диод
• лазерен диод
• Диод за потискане на преходни процеси
• Диоди, легирани със злато
• Супер бариерни диоди
• Диод Пелтие
• кристален диод
• Лавинен диод
• Силициев управляван токоизправител
• Вакуумни диоди
• PIN диод
• точка на допир
• Диод Хана

Малък сигнален диод

Малък сигнален диод е полупроводниково устройство с възможност за бързо превключване и нисък спад на напрежението на проводимост. Осигурява висока степен на защита срещу повреда, дължаща се на електростатичен разряд.

Голям сигнален диод

Диодът с голям сигнал е вид диод, който предава сигнали на по-високо ниво на мощност от диода с малък сигнал. Голям сигнален диод обикновено се използва за преобразуване на AC в DC. Голям сигнален диод ще предаде сигнала без загуба на мощност и е по-евтин от електролитен кондензатор.

Разделителен кондензатор често се използва в комбинация с голям сигнален диод. Използването на това устройство влияе върху преходното време за реакция на веригата. Отделящият кондензатор помага за ограничаване на колебанията на напрежението, причинени от промени в импеданса.

Ценеров диод

Ценеровият диод е специален тип, който ще провежда електричество само в областта директно под прякото падане на напрежението. Това означава, че когато един извод на ценеров диод е захранен, той позволява на тока да премине от другия извод към заредения извод. Важно е това устройство да се използва правилно и да е заземено, в противен случай то може да повреди трайно вашата верига. Също така е важно това устройство да се използва на открито, тъй като ще се повреди, ако бъде поставено във влажна атмосфера.

Когато се приложи достатъчен ток към ценеровия диод, се създава спад на напрежението. Ако това напрежение достигне или надвиши напрежението на пробив на машината, то позволява на тока да тече от един терминал.

светоизлъчващ диод (LED)

Светодиодът (LED) е направен от полупроводников материал, който излъчва светлина, когато през него преминава достатъчно количество електрически ток. Едно от най-важните свойства на светодиодите е, че те преобразуват електрическата енергия в оптична енергия много ефективно. Светодиодите също се използват като индикаторни светлини за указване на цели на електронни устройства като компютри, часовници, радиоапарати, телевизори и т.н.

Светодиодът е отличен пример за развитието на микрочиповата технология и е позволил значителни промени в областта на осветлението. Светодиодите използват поне два полупроводникови слоя за генериране на светлина, един pn преход за генериране на носители (електрони и дупки), които след това се изпращат към противоположните страни на "бариерен" слой, който улавя дупки от едната страна и електрони от другата. . Енергията на уловените носители се рекомбинира в "резонанс", известен като електролуминесценция.

LED се счита за ефективен тип осветление, тъй като отделя малко топлина заедно със светлината си. Има по-дълъг живот от лампите с нажежаема жичка, които могат да издържат до 60 пъти по-дълго, имат по-голяма светлинна мощност и отделят по-малко токсични емисии от традиционните флуоресцентни лампи.

Най-голямото предимство на светодиодите е фактът, че те изискват много малко енергия, за да работят, в зависимост от вида на светодиода. Вече е възможно да се използват светодиоди със захранвания, вариращи от слънчеви клетки до батерии и дори променлив ток (AC).

Има много различни видове светодиоди и те се предлагат в различни цветове, включително червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, бяло и др. Днес се предлагат светодиоди със светлинен поток от 10 до 100 лумена на ват (lm/W), което е почти същото като конвенционалните източници на светлина.

DC диоди

Диодът с постоянен ток или CCD е вид диод за регулатор на напрежението за захранващи устройства. Основната функция на CCD е да намали загубите на изходна мощност и да подобри стабилизирането на напрежението чрез намаляване на неговите колебания при промяна на товара. CCD може да се използва и за регулиране на нивата на входна мощност на постоянен ток и за управление на нивата на постоянен ток на изходните шини.

Диод на Шотки

Диодите на Шотки се наричат ​​още диоди с горещ носител.

Диодът на Шотки е изобретен от д-р Валтер Шотки през 1926 г. Изобретяването на диода на Шотки ни позволи да използваме светодиоди (светодиоди) като надеждни източници на сигнал.

Диодът има много благоприятен ефект, когато се използва във високочестотни вериги. Диодът на Шотки се състои главно от три компонента; P, N и преход метал-полупроводник. Дизайнът на това устройство е такъв, че вътре в твърдия полупроводник се образува рязък преход. Това позволява на носителите да преминат от полупроводник към метал. На свой ред, това помага да се намали напрежението напред, което от своя страна намалява загубите на мощност и увеличава скоростта на превключване на устройствата, които използват диоди на Шотки, с много голяма разлика.

Шокли диод

Диодът на Шокли е полупроводниково устройство с асиметрично разположение на електродите. Диодът ще провежда ток в една посока и много по-малко, ако полярността е обърната. Ако през диода на Шокли се поддържа външно напрежение, то постепенно ще се отклонява напред, докато приложеното напрежение се увеличава, до точка, наречена "напрежение на прекъсване", при която няма осезаем ток, тъй като всички електрони се рекомбинират с дупките . Отвъд граничното напрежение върху графичното представяне на характеристиката ток-напрежение има област на отрицателно съпротивление. Shockley ще действа като усилвател с отрицателни стойности на съпротивление в този диапазон.

Работата на Шокли може да бъде разбрана най-добре, като се раздели на три части, известни като региони, токът в обратна посока отдолу нагоре е съответно 0, 1 и 2.

В област 1, когато се приложи положително напрежение за предно отклонение, електроните дифундират в полупроводника от n-тип от материала от p-тип, където се образува "зона на изчерпване" поради заместването на основните носители. Зоната на изчерпване е областта, където носителите на заряд се отстраняват при прилагане на напрежение. Зоната на изчерпване около pn прехода предотвратява протичането на ток през предната част на еднопосочното устройство.

Когато електроните навлизат в n-страната от страната на p-типа, се образува "зона на изчерпване" при прехода отдолу нагоре, докато пътят на тока на дупката бъде блокиран. Дупките, движещи се отгоре надолу, се рекомбинират с електрони, движещи се отдолу нагоре. Тоест, между зоните на изчерпване на проводящата лента и валентната лента се появява „зона на рекомбинация“, която предотвратява по-нататъшния поток на основните носители през диода на Шокли.

Токовият поток сега се контролира от единичен носител, който е малцинственият носител, т.е. електрони в този случай за n-тип полупроводник и дупки за p-тип материал. Така че можем да кажем, че тук потокът от ток се контролира от повечето носители (дупки и електрони) и потокът от ток е независим от приложеното напрежение, стига да има достатъчно свободни носители за провеждане.

В регион 2 електроните, излъчени от зоната на изчерпване, се рекомбинират с дупки от другата страна и създават нови основни носители (електрони в p-тип материал за n-тип полупроводник). Когато тези дупки навлязат в зоната на изчерпване, те завършват пътя на тока през диода на Шокли.

В област 3, когато се прилага външно напрежение за обратно отклонение, в кръстовището се появява област на пространствен заряд или зона на изчерпване, състояща се както от мнозинство, така и от малцинство носители. Двойките електрон-дупка са разделени поради прилагането на напрежение върху тях, което води до дрейфов ток през Shockley. Това води до преминаване на малко количество ток през диода на Шокли.

Стъпкови диоди за възстановяване

Диодът за стъпково възстановяване (SRD) е полупроводниково устройство, което може да осигури фиксирано, безусловно стабилно състояние на проводимост между своя анод и катод. Преходът от изключено състояние към включено състояние може да бъде причинен от отрицателни импулси на напрежение. Когато е включен, SRD се държи като перфектен диод. Когато е изключен, SRD е предимно непроводим с известен ток на утечка, но обикновено недостатъчен, за да причини значителна загуба на мощност в повечето приложения.

Фигурата по-долу показва вълнови форми на стъпаловидно възстановяване за двата типа SRD. Горната крива показва тип бързо възстановяване, който излъчва голямо количество светлина, когато преминава в изключено състояние. За разлика от това, долната крива показва диод с ултрабързо възстановяване, оптимизиран за високоскоростна работа и показващ само незначителна видима радиация по време на прехода от включване към изключване.

За да включите SRD, анодното напрежение трябва да надвишава праговото напрежение на машината (VT). SRD ще се изключи, когато анодният потенциал е по-малък или равен на катодния потенциал.

Тунелен диод

Тунелният диод е форма на квантово инженерство, която взема две части от полупроводник и съединява една част с другата страна, обърната навън. Тунелният диод е уникален с това, че електроните протичат през полупроводника, вместо около него. Това е една от основните причини този тип техника да е толкова уникална, тъй като никоя друга форма на електронен транспорт до този момент не е успяла да постигне подобно постижение. Една от причините, поради които тунелните диоди са толкова популярни, е, че те заемат по-малко място от други форми на квантово инженерство и могат да се използват в много приложения в много области.

Варакторен диод

Варакторният диод е полупроводник, използван в регулиран по напрежение променлив капацитет. Варакторният диод има две връзки, една от анодната страна на PN прехода, а другата от страната на катода на PN прехода. Когато приложите напрежение към варактор, това позволява да се образува електрическо поле, което променя ширината на неговия изчерпващ слой. Това ефективно ще промени неговия капацитет.

лазерен диод

Лазерният диод е полупроводник, който излъчва кохерентна светлина, наричана още лазерна светлина. Лазерният диод излъчва насочени успоредни светлинни лъчи с малка дивергенция. Това е в контраст с други източници на светлина, като конвенционалните светодиоди, чиято излъчвана светлина е силно разминаваща се.

Лазерните диоди се използват за оптично съхранение, лазерни принтери, скенери за баркод и оптични комуникации.

Диод за потискане на преходни процеси

Диодът за потискане на преходно напрежение (TVS) е диод, предназначен да предпазва от пренапрежения на напрежението и други видове преходни процеси. Освен това е в състояние да разделя напрежението и тока, за да предотврати навлизането на преходни процеси с високо напрежение в електрониката на чипа. TVS диодът няма да провежда по време на нормална работа, но ще провежда само по време на преходен процес. По време на електрическия преход TVS диодът може да работи както с бързи dv/dt пикове, така и с големи dv/dt пикове. Устройството обикновено се намира във входните вериги на микропроцесорни схеми, където обработва високоскоростни комутационни сигнали.

Диоди, легирани със злато

Златните диоди могат да бъдат намерени в кондензатори, токоизправители и други устройства. Тези диоди се използват главно в електронната индустрия, тъй като не изискват голямо напрежение, за да провеждат електричество. Диодите, легирани със злато, могат да бъдат направени от p-тип или n-тип полупроводникови материали. Легираният със злато диод провежда електричеството по-ефективно при високи температури, особено в диодите от тип n.

Златото не е идеален материал за легиране на полупроводници, тъй като златните атоми са твърде големи, за да се поберат лесно в полупроводникови кристали. Това означава, че обикновено златото не дифундира много добре в полупроводник. Един от начините да се увеличи размерът на златните атоми, така че да могат да дифузират, е да се добави сребро или индий. Най-разпространеният метод, използван за легиране на полупроводници със злато, е използването на натриев борохидрид, който помага да се създаде сплав от злато и сребро в полупроводниковия кристал.

Диодите, легирани със злато, обикновено се използват във високочестотни енергийни приложения. Тези диоди помагат за намаляване на напрежението и тока чрез възстановяване на енергията от обратната ЕМП на вътрешното съпротивление на диода. Легираните със злато диоди се използват в машини като резисторни мрежи, лазери и тунелни диоди.

Супер бариерни диоди

Супер бариерните диоди са вид диод, който може да се използва в приложения с високо напрежение. Тези диоди имат ниско напрежение при висока честота.

Супер бариерните диоди са много гъвкав тип диод, тъй като могат да работят в широк диапазон от честоти и напрежения. Те се използват главно във вериги за превключване на захранване за системи за разпределение на електроенергия, токоизправители, инвертори за задвижване на двигатели и захранващи устройства.

Супербариерният диод се състои главно от силициев диоксид с добавена мед. Супербариерен диод има няколко дизайнерски опции, включително планарен германиев супербариерен диод, съединителен супербариерен диод и изолиращ супербариерен диод.

Диод Пелтие

Диодът на Пелтие е полупроводник. Може да се използва за генериране на електрически ток в отговор на топлинна енергия. Това устройство все още е ново и все още не е напълно разбрано, но изглежда, че може да бъде полезно за преобразуване на топлина в електричество. Това може да се използва за бойлери или дори в автомобили. Това би позволило използването на топлина, генерирана от двигател с вътрешно горене, която обикновено е загуба на енергия. Това също би позволило на двигателя да работи по-ефективно, тъй като няма да има нужда да произвежда толкова много енергия (като по този начин използва по-малко гориво), но вместо това диод на Пелтие ще преобразува отпадъчната топлина в мощност.

кристален диод

Кристалните диоди обикновено се използват за теснолентово филтриране, осцилатори или усилватели с контролирано напрежение. Кристалният диод се счита за специално приложение на пиезоелектричния ефект. Този процес помага да се генерират сигнали за напрежение и ток, като се използват техните присъщи свойства. Кристалните диоди също често се комбинират с други вериги, които осигуряват усилване или други специализирани функции.

Лавинен диод

Лавинен диод е полупроводник, който генерира лавина от един електрон от проводящата лента към валентната лента. Използва се като токоизправител в електрически вериги с постоянен ток с високо напрежение, като детектор на инфрачервено лъчение и като фотоволтаична машина за ултравиолетово лъчение. Ефектът на лавината увеличава падането на напрежението в посока напред върху диода, така че да може да бъде направено много по-малко от напрежението на пробив.

Силициев управляван токоизправител

Силициево-контролираният токоизправител (SCR) е тиристор с три извода. Той е проектиран да действа като превключвател в микровълнови фурни за контрол на мощността. Може да се задейства от ток или напрежение, или и от двете, в зависимост от настройката на изхода на гейта. Когато щифтът на портата е отрицателен, той позволява на тока да тече през SCR, а когато е положителен, той блокира протичането на ток през SCR. Местоположението на щифта на вратата определя дали токът преминава или е блокиран, когато е на място.

Вакуумни диоди

Вакуумните диоди са друг тип диоди, но за разлика от другите видове, те се използват във вакуумни тръби за регулиране на тока. Вакуумните диоди позволяват ток да тече при постоянно напрежение, но също така имат контролна мрежа, която променя това напрежение. В зависимост от напрежението в управляващата решетка, вакуумният диод позволява или спира тока. Вакуумните диоди се използват като усилватели и осцилатори в радиоприемници и предаватели. Те също така служат като токоизправители, които преобразуват AC в DC за използване от електрически устройства.

PIN диод

PIN диодите са вид диод с pn преход. Като цяло ПИН са полупроводници, които показват ниско съпротивление, когато към тях се приложи напрежение. Това ниско съпротивление ще се увеличи с увеличаване на приложеното напрежение. ПИН кодовете имат прагово напрежение, преди да станат проводими. Така, ако не се приложи отрицателно напрежение, диодът няма да пропуска ток, докато не достигне тази стойност. Количеството ток, протичащ през метала, ще зависи от потенциалната разлика или напрежението между двата терминала и няма да има изтичане от единия терминал към другия.

Точков контактен диод

Точковият диод е еднопосочно устройство, способно да подобри RF сигнал. Point-Contact се нарича още транзистор без преход. Състои се от два проводника, прикрепени към полупроводников материал. Когато тези проводници се докоснат, се създава "точка на прищипване", където електроните могат да се пресекат. Този тип диод се използва по-специално с AM радиостанции и други устройства, за да им позволи да откриват радиочестотни сигнали.

Диод Хана

Диодът на Gunn е диод, състоящ се от две антипаралелни pn преходи с асиметрична височина на бариерата. Това води до силно потискане на потока от електрони в посока напред, докато токът продължава да тече в обратна посока.

Тези устройства обикновено се използват като микровълнови генератори. Те са изобретени около 1959 г. от J. B. Gann и A. S. Newell в Кралската пощенска служба в Обединеното кралство, от което идва и името: „Gann“ е съкращение от имената им, а „диод“, защото са работили върху газови устройства (Newell преди това е работил в Института по комуникации Едисън). Bell Laboratories, където работи върху полупроводникови устройства).

Първото широкомащабно приложение на диодите на Gunn беше първото поколение британско военно UHF радио оборудване, което влезе в употреба около 1965 г. Военните AM радиостанции също използваха широко диоди на Gunn.

Характеристиката на диода на Gunn е, че токът е само 10-20% от този на конвенционалния силициев диод. В допълнение, спадът на напрежението в диода е около 25 пъти по-малък от конвенционален диод, обикновено 0 mV при стайна температура за XNUMX.

Видео урок

Какво е диод - Урок по електроника за начинаещи

Заключение

Надяваме се, че сте научили какво е диод. Ако се интересувате да научите повече за това как работи този удивителен компонент, вижте нашите статии на страницата за диоди. Вярваме, че и този път ще приложите всичко научено.