Ano ang isang semiconductor diode, mga uri ng diode at isang graph ng kasalukuyang-boltahe na katangian

Ang semiconductor diode ay malawakang ginagamit sa electrical engineering at electronics. Dahil sa mababang halaga nito at magandang ratio ng power-to-size, mabilis nitong pinalitan ang mga vacuum device na may katulad na layunin.

Ang aparato at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang semiconductor diode

Ang isang semiconductor diode ay binubuo ng dalawang rehiyon (mga layer) na gawa sa isang semiconductor (silicon, germanium, atbp.). Ang isang rehiyon ay may labis na mga libreng electron (n-semiconductor), ang isa ay may kakulangan (p-semiconductor) - ito ay nakamit sa pamamagitan ng doping ng base material. Sa pagitan ng mga ito mayroong isang maliit na zone kung saan ang labis na mga libreng electron mula sa n-site ay "nagsasara" ng mga butas mula sa p-site (ang recombination ay nangyayari dahil sa pagsasabog), at walang mga libreng carrier ng singil sa rehiyong ito. Kapag ang isang pasulong na boltahe ay inilapat, ang rehiyon ng recombination ay maliit, ang paglaban nito ay maliit, at ang diode ay nagsasagawa ng kasalukuyang sa direksyon na ito. Sa reverse boltahe, ang carrier-free zone ay tataas, ang paglaban ng diode ay tataas. Walang agos na dadaloy sa direksyong ito.

Mga uri, pag-uuri at graphic na pagtatalaga sa mga de-koryenteng diagram

Sa pangkalahatang kaso, ang diode sa diagram ay ipinahiwatig bilang isang naka-istilong arrow na nagpapahiwatig ng direksyon ng kasalukuyang. Ang conditional graphic image (UGO) ng device ay naglalaman ng dalawang konklusyon - anode at katod, na sa direktang koneksyon ay konektado sa plus ng electrical circuit at sa minus, ayon sa pagkakabanggit.

Mayroong isang malaking bilang ng mga uri ng bipolar semiconductor device na ito, na, depende sa layunin, ay maaaring may bahagyang magkakaibang mga UGO.

Zener diodes (Zener diodes)

Ang zener diode ay isang semiconductor devicetumatakbo sa reverse boltahe sa zone ng pagkasira ng avalanche. Sa rehiyong ito, ang boltahe ng Zener diode ay matatag sa malawak na hanay ng kasalukuyang sa pamamagitan ng device. Ginagamit ang property na ito upang patatagin ang boltahe sa buong load.

Stabistors

Ang Zener diodes ay gumagawa ng isang mahusay na trabaho ng pag-stabilize ng mga boltahe mula sa 2 V at sa itaas.Ginagamit ang mga stabistor upang makakuha ng pare-parehong boltahe sa ibaba ng limitasyong ito. Ang doping ng materyal kung saan ginawa ang mga aparatong ito (silicon, selenium) ay nakakamit ang pinakamalaking verticality ng direktang sangay ng katangian. Sa mode na ito, gumagana ang mga stabistor, na nagbibigay ng isang kapuri-puri na boltahe sa hanay na 0.5 ... 2 V sa direktang sangay ng kasalukuyang-boltahe na katangian sa pasulong na boltahe.

Schottky diodes

Ang Schottky diode ay binuo ayon sa semiconductor-metal scheme, at walang conventional junction. Dahil dito, nakuha ang dalawang mahahalagang katangian:

• nabawasan ang pasulong na pagbagsak ng boltahe (mga 0.2 V);
• nadagdagan ang operating frequency dahil sa pagbaba ng self-capacitance.

Kasama sa mga kawalan ang pagtaas ng mga halaga ng reverse currents at pagbawas ng tolerance sa antas ng reverse boltahe.

Varicaps

Ang bawat diode ay may de-koryenteng kapasidad. Ang mga plato ng kapasitor ay dalawang singil sa espasyo (p at n rehiyon ng semiconductors), at ang barrier layer ay ang dielectric. Kapag ang isang reverse boltahe ay inilapat, ang layer na ito ay lumalawak at ang kapasidad ay bumababa. Ang ari-arian na ito ay likas sa lahat ng mga diode, ngunit para sa mga varicap, ang kapasidad ay normalized at kilala para sa mga ibinigay na limitasyon ng boltahe. Ginagawa nitong posible na gamitin ang mga device tulad ng variable na mga capacitor at mag-aplay upang ayusin o i-fine-tune ang mga circuit sa pamamagitan ng pagbibigay ng reverse boltahe ng iba't ibang antas.

tunnel diodes

Ang mga aparatong ito ay may pagpapalihis sa tuwid na seksyon ng katangian, kung saan ang pagtaas ng boltahe ay nagdudulot ng pagbaba sa kasalukuyang. Sa rehiyong ito, negatibo ang differential resistance.Ginagawang posible ng property na ito na gumamit ng mga tunnel diode bilang mahinang signal amplifier at generator sa mga frequency na higit sa 30 GHz.

Dinistors

Dinistor - diode thyristor - ay may istraktura ng p-n-p-n at isang hugis-S na CVC, ay hindi nagsasagawa ng kasalukuyang hanggang ang inilapat na boltahe ay umabot sa antas ng threshold. Pagkatapos nito, ito ay naka-on at kumikilos tulad ng isang normal na diode hanggang sa bumaba ang kasalukuyang sa ibaba ng antas ng hawak. Ginagamit ang mga dinistor sa power electronics bilang mga susi.

Photodiodes

Ang photodiode ay ginawa sa isang pakete na may nakikitang liwanag na access sa kristal. Kapag ang isang p-n junction ay na-irradiated, isang emf ang lumitaw dito. Nagbibigay-daan ito sa iyong gamitin ang photodiode bilang kasalukuyang pinagmumulan (bilang bahagi ng mga solar panel) o bilang isang light sensor.

mga LED

Ang pangunahing katangian ng isang LED ay ang kakayahang maglabas ng liwanag kapag ang kasalukuyang ay dumadaan sa isang p-n junction. Ang glow na ito ay hindi nauugnay sa intensity ng pag-init, tulad ng isang maliwanag na lampara, kaya ang aparato ay matipid. Minsan ang direktang glow ng paglipat ay ginagamit, ngunit mas madalas ito ay ginagamit bilang isang initiator ng pag-aapoy ng pospor. Ginawa nitong posible na makakuha ng dati nang hindi matamo na mga kulay ng LED, tulad ng asul at puti.

Gunn Diodes

Bagama't ang Gunn diode ay may karaniwan na graphic designation, hindi ito isang diode sa buong kahulugan. Dahil wala itong p-n junction. Ang aparatong ito ay binubuo ng isang gallium arsenide plate sa isang metal na substrate.

Nang hindi pumasok sa mga detalye ng mga proseso: kapag ang isang electric field ng isang tiyak na magnitude ay inilapat sa aparato, ang mga de-koryenteng oscillations ay nangyayari, ang panahon kung saan ay depende sa laki ng semiconductor wafer (ngunit sa loob ng ilang mga limitasyon, ang dalas ay maaaring iakma sa pamamagitan ng mga panlabas na elemento).

Ginagamit ang mga gunn diode bilang mga oscillator sa mga frequency na 1 GHz at mas mataas. Ang bentahe ng aparato ay ang mataas na dalas ng katatagan, at ang kawalan ay ang maliit na amplitude ng mga electrical oscillations.

Magnetic diodes

Ang mga ordinaryong diode ay mahinang apektado ng mga panlabas na magnetic field. Ang mga magnetodiode ay may espesyal na disenyo na nagpapataas ng sensitivity sa epektong ito. Ginawa ang mga ito gamit ang p-i-n na teknolohiya na may pinahabang base. Sa ilalim ng pagkilos ng isang magnetic field, tumataas ang resistensya ng device sa direksyong pasulong, at magagamit ito upang lumikha ng mga elemento ng non-contact switching, magnetic field converter, atbp.

Laser diodes

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang laser diode ay batay sa pag-aari ng isang pares ng electron-hole sa panahon ng recombination sa ilalim ng ilang mga kundisyon upang maglabas ng monochromatic at magkakaugnay na nakikitang radiation. Ang mga paraan ng paglikha ng mga kundisyong ito ay iba, para sa gumagamit ay kailangan lamang malaman ang haba ng alon na ibinubuga ng diode at ang kapangyarihan nito.

Avalanche diodes

Ang mga device na ito ay ginagamit sa microwave. Sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon, sa avalanche breakdown mode, lumilitaw ang isang seksyon na may negatibong differential resistance sa katangian ng diode. Ang pag-aari na ito ng APD ay nagpapahintulot sa kanila na magamit bilang mga generator na tumatakbo sa mga wavelength hanggang sa hanay ng milimetro. Doon posible na makakuha ng kapangyarihan ng hindi bababa sa 1 watt. Sa mas mababang mga frequency, hanggang sa ilang kilowatts ay inalis mula sa naturang mga diode.

PIN diode

Ang mga diode na ito ay ginawa gamit ang p-i-n na teknolohiya. Sa pagitan ng doped layers ng semiconductors ay isang layer ng undoped material. Para sa kadahilanang ito, ang pagwawasto ng mga katangian ng diode ay lumala (na may reverse boltahe, ang recombination ay nabawasan dahil sa kakulangan ng direktang pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga p- at n-zone).Ngunit dahil sa puwang ng mga rehiyon ng singil sa espasyo, ang kapasidad ng parasitiko ay nagiging napakaliit, sa saradong estado, ang pagtagas ng signal sa mataas na mga frequency ay halos hindi kasama, at ang mga pin diode ay maaaring gamitin sa RF at microwave bilang mga elemento ng paglipat.

Pangunahing katangian at mga parameter ng diodes

Ang mga pangunahing katangian ng mga diode ng semiconductor (maliban sa mga lubos na dalubhasa) ay kinabibilangan ng:

• ang maximum na pinahihintulutang reverse boltahe (pare-pareho at pulsed);
• hangganan ng dalas ng pagpapatakbo;
• pasulong na pagbaba ng boltahe;
• saklaw ng temperatura ng pagpapatakbo.

Ang natitirang mahahalagang katangian ay pinakamahusay na isinasaalang-alang gamit ang halimbawa ng mga katangian ng I-V ng diode - ito ay mas malinaw.

Volt-ampere na katangian ng isang semiconductor diode

Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang semiconductor diode ay binubuo ng isang pasulong at baligtad na sangay. Ang mga ito ay matatagpuan sa I at III quadrants, dahil ang direksyon ng kasalukuyang at boltahe sa pamamagitan ng diode ay palaging nag-tutugma. Ayon sa kasalukuyang-boltahe na katangian, maaari mong matukoy ang ilang mga parameter, pati na rin malinaw na makita kung ano ang nakakaapekto sa mga katangian ng aparato.

Conduction threshold boltahe

Kung nag-aplay ka ng pasulong na boltahe sa diode at simulan ang pagtaas nito, pagkatapos ay sa unang sandali ay walang mangyayari - ang kasalukuyang ay hindi tataas. Ngunit sa isang tiyak na halaga, ang diode ay magbubukas at ang kasalukuyang ay tataas ayon sa boltahe. Ang boltahe na ito ay tinatawag na conduction threshold voltage at minarkahan sa VAC bilang Uthreshold. Depende ito sa materyal kung saan ginawa ang diode. Para sa pinakakaraniwang semiconductors, ang parameter na ito ay:

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

Ang pag-aari ng mga germanium semiconductor na aparato upang buksan sa mababang boltahe ay ginagamit kapag nagtatrabaho sa mababang boltahe na mga circuit at sa iba pang mga sitwasyon.

Pinakamataas na kasalukuyang sa pamamagitan ng diode na may direktang koneksyon

Matapos mabuksan ang diode, ang kasalukuyang pagtaas nito kasama ang pagtaas ng pasulong na boltahe. Para sa isang perpektong diode, ang graph na ito ay napupunta sa infinity. Sa pagsasagawa, ang parameter na ito ay limitado sa pamamagitan ng kakayahan ng aparatong semiconductor na mapawi ang init. Kapag naabot ang isang tiyak na limitasyon, ang diode ay mag-overheat at mabibigo. Upang maiwasan ito, ipinapahiwatig ng mga tagagawa ang pinakamataas na pinahihintulutang kasalukuyang (sa VAC - Imax). Maaari itong halos matukoy ng laki ng diode at ang pakete nito. Sa pababang pagkakasunud-sunod:

• ang pinakadakilang kasalukuyang ay pinananatili ng mga aparato sa isang metal na kaluban;
• ang mga plastic na kaso ay idinisenyo para sa katamtamang kapangyarihan;
• Ang mga diode sa mga glass envelope ay ginagamit sa mga low-current circuit.

Maaaring mai-install ang mga kasangkapang metal sa mga radiator - madaragdagan nito ang kapangyarihan ng pagwawaldas.

Baliktarin ang kasalukuyang pagtagas

Kung nag-aplay ka ng reverse boltahe sa diode, kung gayon ang isang insensitive na ammeter ay hindi magpapakita ng wala. Sa katunayan, isang perpektong diode lamang ang hindi pumasa sa anumang kasalukuyang. Ang isang tunay na aparato ay magkakaroon ng kasalukuyang, ngunit ito ay napakaliit, at tinatawag na reverse leakage current (sa CVC - Iobr). Ito ay sampu ng microamps o tenths ng milliamps at mas mababa kaysa sa direktang kasalukuyang. Mahahanap mo ito sa direktoryo.

Pagkasira ng boltahe

Sa isang tiyak na halaga ng reverse boltahe, isang matalim na pagtaas sa kasalukuyang nangyayari, na tinatawag na breakdown. Mayroon itong tunnel o avalanche character at nababaligtad. Ang mode na ito ay ginagamit upang patatagin ang boltahe (avalanche) o upang makabuo ng mga pulso (tunnel).Sa karagdagang pagtaas ng boltahe, ang pagkasira ay nagiging thermal. Ang mode na ito ay hindi maibabalik at nabigo ang diode.

Parasitic capacitance pn-junction

Nabanggit na na ang p-n junction ay mayroon kapasidad ng kuryente. At kung ang ari-arian na ito ay kapaki-pakinabang at ginagamit sa mga varicap, kung gayon sa mga ordinaryong diode maaari itong makapinsala. Bagaman ang kapasidad ay mga yunit o sampu-sampung pF at sa direktang kasalukuyang o mababang mga frequency ay hindi mahahalata, sa pagtaas ng dalas ay tumataas ang impluwensya nito. Ang ilang mga picofarad sa RF ay lilikha ng mababang sapat na pagtutol para sa huwad na pagtagas ng signal, idagdag sa umiiral na kapasidad at baguhin ang mga parameter ng circuit, at kasama ang inductance ng output o naka-print na konduktor ay bumubuo ng isang huwad na resonance circuit. Samakatuwid, sa paggawa ng mga aparatong may mataas na dalas, ang mga hakbang ay ginawa upang mabawasan ang kapasidad ng paglipat.

Pagmarka ng diode

Ang pinakamadaling paraan upang markahan ang mga diode sa isang metal na kaso. Sa karamihan ng mga kaso, ang mga ito ay minarkahan ng pagtatalaga ng aparato at ang pinout nito. Ang mga diode sa isang plastic na kaso ay minarkahan ng isang marka ng singsing sa gilid ng katod. Ngunit walang garantiya na mahigpit na sinusunod ng tagagawa ang panuntunang ito, kaya mas mahusay na sumangguni sa direktoryo. Kahit na mas mabuti, i-ring ang aparato gamit ang isang multimeter.

Ang mga domestic low-power na zener diode at ilang iba pang device ay maaaring may mga marka ng dalawang singsing o tuldok na magkaibang kulay sa magkabilang panig ng case. Upang matukoy ang uri ng naturang diode at ang pinout nito, kailangan mong kumuha ng reference book o maghanap ng online marking identifier sa Internet.

Mga aplikasyon ng diodes

Sa kabila ng simpleng aparato, ang mga semiconductor diode ay malawakang ginagamit sa electronics:

1. Para sa pagtuwid AC boltahe. Isang klasiko ng genre - ang p-n junction property ay ginagamit upang magsagawa ng kasalukuyang sa isang direksyon.
2. diode detector. Dito, ginagamit ang nonlinearity ng I-V na katangian, na ginagawang posible na ihiwalay ang mga harmonika mula sa signal, ang kinakailangan kung saan maaaring makilala ng mga filter.
3. Dalawang diode, konektado pabalik-balik, ang nagsisilbing limiter para sa malalakas na signal na maaaring mag-overload sa mga susunod na yugto ng pag-input ng mga sensitibong radio receiver.
4. Ang mga diode ng Zener ay maaaring isama bilang mga elemento ng spark-proof na hindi pinapayagan ang mga high-voltage pulse na pumasok sa mga circuit ng mga sensor na naka-install sa mga mapanganib na lugar.
5. Ang mga diode ay maaaring magsilbing switching device sa mga high frequency circuit. Nagbubukas sila nang may pare-parehong boltahe at pumasa (o hindi pumasa) sa signal ng RF.
6. Ang mga parametric diode ay nagsisilbing mga amplifier ng mahinang signal sa saklaw ng microwave dahil sa pagkakaroon ng isang seksyon na may negatibong pagtutol sa direktang sangay ng katangian.
7. Ang mga diode ay ginagamit upang mag-ipon ng mga mixer na tumatakbo sa pagpapadala o pagtanggap ng mga kagamitan. Naghahalo sila signal ng lokal na oscillator na may high-frequency (o low-frequency) signal para sa karagdagang pagproseso. Ginagamit din nito ang nonlinearity ng kasalukuyang-boltahe na katangian.
8. Ang non-linear na katangian ay nagpapahintulot sa paggamit ng mga microwave diode bilang frequency multiplier. Kapag ang signal ay dumaan sa multiplier diode, ang mas mataas na harmonics ay naka-highlight. Pagkatapos ay maaari silang mapili sa pamamagitan ng pag-filter.
9. Ang mga diode ay ginagamit bilang mga elemento ng pag-tune para sa mga resonant circuit. Sa kasong ito, ang pagkakaroon ng isang kinokontrol na kapasidad sa p-n junction ay ginagamit.
10. Ang ilang mga uri ng diode ay ginagamit bilang mga generator sa hanay ng microwave. Ang mga ito ay pangunahing mga tunnel diode at device na may Gunn effect.

Ito ay isang maikling paglalarawan lamang ng mga kakayahan ng dual-terminal semiconductor device. Sa isang malalim na pag-aaral ng mga katangian at katangian sa tulong ng mga diode, posible na malutas ang maraming mga problema na itinalaga sa mga developer ng elektronikong kagamitan.

Mga katulad na artikulo: