Halvledardioder används ofta inom elektronik och elektronikindustrin. De används både oberoende och som en p-n-korsning av transistorer och många andra enheter. Som en diskret komponent är dioder en nyckeldel i många elektroniska kretsar. De hittar många applikationer, allt från lågeffektapplikationer till likriktare.
Vad är en diod?
Namnet på detta elektroniska element översatt från grekiska betyder bokstavligen "två terminaler". De kallas anod och katod. I en krets flyter ström från anoden till katoden. Halvledardioden är ett ensidigt element och strömflödet i motsatt riktning är blockerat.
Driftsprincip
Enheten med halvledardioder är väldigt annorlunda. Detta är anledningen till att det finns många typer av dem, som skiljer sig både i nominellt värde och i de funktioner de utför. Men i de flesta fall den grundläggande principendriften av halvledardioder är densamma. De innehåller en p-n-korsning, som tillhandahåller deras grundläggande funktionalitet.
Denna term används vanligtvis med hänvisning till standardformen på en diod. Faktum är att det gäller nästan alla typer av dem. Dioder utgör ryggraden i den moderna elektronikindustrin. Allt - från enkla element och transistorer till moderna mikroprocessorer - är baserat på halvledare. Funktionsprincipen för en halvledardiod är baserad på halvledarnas egenskaper. Tekniken är baserad på en grupp material, vars införande av föroreningar i kristallgittret gör det möjligt att erhålla regioner där hål och elektroner är laddningsbärare.
P-n-korsning
Dioden av p-n-typ har fått sitt namn eftersom den använder en p-n-övergång som tillåter ström att flyta i endast en riktning. Elementet har andra egenskaper som också används flitigt. Halvledardioder kan till exempel avge och detektera ljus, ändra kapacitans och reglera spänningen.
P-n-junction är en grundläggande halvledarstruktur. Som namnet antyder är det en korsning mellan p- och n-typ regioner. Övergången tillåter laddningsbärare att röra sig i endast en riktning, vilket till exempel gör det möjligt att omvandla växelström till likström.
Standarddioder är vanligtvis gjorda av kisel, även om germanium och andra halvledarmaterial också används, främst för speciella ändamål.
Volt-ampere karakteristik
Dioden kännetecknas av en ström-spänningskurva, som kan delas in i två grenar: framåt och bakåt. I motsatt riktning är läckströmmen nära 0, men med ökande spänning ökar den långsamt och när genombrottsspänningen uppnås börjar den öka kraftigt. I framåtriktningen stiger strömmen snabbt med pålagd spänning över ledningströskeln, som är 0,7 V för kiseldioder och 0,4 V för germanium. Celler som använder olika material har olika volt-ampere-egenskaper och ledningströskel- och genombrottsspänningar.
P-n-junction-dioden kan betraktas som en enhet på grundnivå. Den används ofta i många applikationer, allt från signalkretsar och detektorer till begränsare eller transientdämpare i induktions- eller reläspolar och högeffektslikriktare.
Funktioner och parametrar
Diodspecifikationer ger mycket data. Men exakta förklaringar av vad de är finns inte alltid tillgängliga. Nedan finns detaljerna för diodens olika egenskaper och parametrar, som anges i specifikationerna.
Halvledarmaterial
Materialet som används i p-n-övergångar är av största vikt eftersom det påverkar många av de grundläggande egenskaperna hos halvledardioder. Kisel är det mest använda på grund av dess höga effektivitet och låga produktionskostnader. En annan ofta användgrundämnet är germanium. Andra material används vanligtvis i specialdioder. Valet av halvledarmaterial är viktigt eftersom det bestämmer tröskeln för ledning - cirka 0,6 V för kisel och 0,3 V för germanium.
Spänningsfall i likströmsläge (U pr.)
Varje elektrisk krets genom vilken ström passerar orsakar ett spänningsfall, och denna parameter för en halvledardiod är av stor betydelse, särskilt för likriktning, när strömförlusterna är proportionella mot U ave. Dessutom behöver elektroniska komponenter ofta ger ett litet spänningsfall, eftersom signalerna kan vara svaga, men de måste fortfarande övervinna det.
Detta händer av två anledningar. Den första ligger i själva p-n-övergångens natur och är resultatet av en ledningströskelspänning som tillåter ström att passera utarmningsskiktet. Den andra komponenten är den normala resistiva förlusten.
Indikatorn är av stor betydelse för likriktardioder, som kan bära stora strömmar.
Topp omvänd spänning (U arr. max)
Detta är den högsta backspänningen som en halvledardiod tål. Den får inte överskridas, annars kan elementet gå sönder. Det är inte bara RMS-spänningen för insignalen. Varje krets måste övervägas på dess fördelar, men för en enkel enkel halvvågslikriktare med en utjämningskondensator, kom ihåg att kondensatorn kommer att hålla en spänning lika med ingångens toppsignal. Dioden kommer då att utsättas för toppen av den inkommande signalen i omvänd riktning, och därför kommer det under dessa förhållanden att finnas en maximal backspänning lika med vågens toppvärde.
Maximum framåtström (U pr. max)
När du designar en elektrisk krets, se till att de maximala diodströmnivåerna inte överskrids. När strömmen ökar genereras ytterligare värme som måste tas bort.
Läckström (I arr.)
I en idealisk diod bör det inte finnas någon backström. Men i verkliga p-n-övergångar beror det på närvaron av minoritetsladdningsbärare i halvledaren. Mängden läckström beror på tre faktorer. Uppenbarligen är den viktigaste av dessa den omvända spänningen. Dessutom beror läckströmmen på temperaturen - med dess tillväxt ökar den avsevärt. Dessutom är det mycket beroende av typen av halvledarmaterial. I detta avseende är kisel mycket bättre än germanium.
Läckström bestäms vid en viss backspänning och en viss temperatur. Det anges vanligtvis i mikroampere (ΜA) eller picoamps (pA).
Övergångskapacitans
Alla halvledardioder har kopplingskapacitans. Utarmningszonen är en dielektrisk barriär mellan två plattor som bildas vid kanten av utarmningsområdet och området med de flesta laddningsbärare. Det faktiska kapacitansvärdet beror på backspänningen, vilket leder till en förändring i övergångszonen. Dess ökning utökar utarmningszonen och följaktligen,minskar kapaciteten. Detta faktum utnyttjas i varaktorer eller varicaps, men för andra tillämpningar, speciellt RF-tillämpningar, måste denna effekt minimeras. Parametern anges vanligtvis i pF vid en given spänning. Särskilda lågresistansdioder finns tillgängliga för många RF-applikationer.
Case Type
Beroende på syftet tillverkas halvledardioder i förpackningar av olika typer och former. I vissa fall, speciellt när den används i signalbehandlingskretsar, är paketet ett nyckelelement för att bestämma de övergripande egenskaperna hos det elektroniska elementet. I kraftkretsar där värmeavledning är viktig kan paketet bestämma många av de allmänna parametrarna för en diod. Högeffektsenheter måste kunna fästas på en kylfläns. Mindre föremål kan tillverkas i blyfodral eller som ytmonteringsanordningar.
Typer av dioder
Ibland är det användbart att bekanta sig med klassificeringen av halvledardioder. Vissa varor kan dock tillhöra flera kategorier.
Omvänd diod. Även om det inte är så allmänt använt, är det en typ av p-n-typ element, som i sin verkan är mycket lik tunneln. Har lågt spänningsfall i tillståndet. Hittar användning i detektorer, likriktare och högfrekvensomkopplare.
Injektionstransitdiod. Den har mycket gemensamt med den vanligare lavinflygningen. Används i mikrovågsgeneratorer och larmsystem.
Diode Gunn. Den tillhör inte p-n-typen, utan är en halvledarenhet med två terminaler. Den används vanligtvis för att generera och konvertera mikrovågssignaler i intervallet 1-100 GHz.
Ljusemitterande eller LED är en av de mest populära typerna av elektroniska komponenter. Vid framåtförspänning orsakar strömmen som flyter genom korsningen ljus att sändas ut. De använder sammansatta halvledare (t.ex. galliumarsenid, galliumfosfid, indiumfosfid) och kan lysa i en mängd olika färger, även om de ursprungligen endast var begränsade till rött. Det finns många nya utvecklingar som förändrar hur skärmar fungerar och produceras, OLED är ett exempel.
Fotodiod. Används för att detektera ljus. När en foton träffar en p-n-övergång kan den skapa elektroner och hål. Fotodioder fungerar vanligtvis under omvända förspänningsförhållanden, där även små strömmar som genereras av ljus lätt kan detekteras. Fotodioder kan användas för att generera elektricitet. Ibland används element av stifttyp som fotodetektorer.
Pin-diod. Namnet på det elektroniska elementet beskriver väl enheten för en halvledardiod. Den har standardområden av p- och n-typ, men det finns ett inre område utan föroreningar mellan dem. Det har effekten att öka arean av utarmningsområdet, vilket kan vara användbart för omkoppling, såväl som i fotodioder, etc.
Standard p-n-korsning kan betraktas som en normaleller den standardtyp av diod som används idag. De kan användas i RF eller andra lågspänningstillämpningar, såväl som högspännings- och högeffektslikriktare.
Schottky-dioder. De har ett lägre spänningsfall framåt än standardhalvledare av p-n-typ av kisel. Vid låga strömmar kan det vara från 0,15 till 0,4 V, och inte 0,6 V, som med kiseldioder. För att göra detta är de inte gjorda som vanligt - de använder en metall-halvledarkontakt. De används ofta som begränsare, likriktare och i radioutrustning.
Diod med laddningsackumulering. Det är en typ av mikrovågsdiod som används för att generera och forma pulser vid mycket höga frekvenser. Dess funktion är baserad på en mycket snabb utlösningsegenskap.
Laserdiod. Det skiljer sig från vanligt ljusemitterande eftersom det producerar koherent ljus. Laserdioder används i många enheter, från DVD- och CD-enheter till laserpekare. De är mycket billigare än andra former av lasrar, men betydligt dyrare än lysdioder. De har en begränsad livslängd.
Tunneldiod. Även om den inte används i stor utsträckning idag, användes den tidigare i förstärkare, oscillatorer och omkopplingsenheter, oscilloskoptidskretsar, när den var effektivare än andra element.
Varactor eller varicap. Används i många RF-enheter. För denna diod ändrar omvänd förspänning utarmningsskiktets bredd beroende på den applicerade spänningen. I den här konfigurationenfungerar som en kondensator med ett utarmningsområde som fungerar som ett isolerande dielektrikum och plattor bildade av de ledande områdena. Används i spänningsstyrda oscillatorer och RF-filter.
Zenerdiod. Det är en mycket användbar typ av diod eftersom den ger en stabil referensspänning. På grund av detta används zenerdioden i enorma mängder. Den fungerar under omvända förspänningsförhållanden och bryter igenom när en viss potentialskillnad uppnås. Om strömmen begränsas av ett motstånd, ger detta en stabil spänning. Används ofta för att stabilisera nätaggregat. Det finns två typer av omvänd nedbrytning i zenerdioder: Zenernedbrytning och stötjonisering.
Således inkluderar olika typer av halvledardioder element för lågeffekt- och högeffekttillämpningar, som sänder ut och detekterar ljus, med lågt framåtspänningsfall och variabel kapacitans. Utöver detta finns det ett antal varianter som används inom mikrovågsteknik.
