Vysvětlení diody a jejích typů
Co je dioda?
Dioda je dvouterminálové elektrické zařízení, které funguje jako jednosměrný spínač, umožňující proud pramenit (pohybovat) pouze v jednom směru. Tyto diody jsou vyrobeny z polovodičových materiálů, jako jsou
křemík,
germán a
arzénid hořečnatý.
Dvě terminály diody se označují jako anoda a katoda. Funkce diody lze rozdělit do dvou typů podle potenciálního rozdílu (potenciální energie) mezi těmito dvěma terminály:
Pokud má anoda vyšší napětí než katoda, dioda se považuje za předpojovanou a proud může pramenit.
Pokud má katoda vyšší napětí než anoda, říká se, že dioda je zpětně pojatá a proud nemůže pramenit.
Různé druhy diod vyžadují různá napětí.
Předpojovací napětí u křemíkových diod je 0,7 V, zatímco u germánových diod je 0,3 V.
Při práci s křemíkovými diodami se terminál katody často označuje černou páskou nebo tmavou páskou na jednom konci diody, zatímco terminál anody je obvykle ukázán druhým terminálem.
Rektifikace, neboli převod střídavého proudu na stejnosměrný, je jednou z nejčastějších aplikací diod.
Diody se používají v aplikacích ochrany proti obrácené polaritě a ochrany proti přechodným jevům, protože umožňují průchod proudu pouze v jednom směru a brání proudu v opačném směru.
Symbol diody
Symbol diody je znázorněn níže. Za předpojovaného stavu ukazuje špička šipky (označuje) směr konvenčního proudu. To znamená, že anoda je spojena s p stranou a katoda s n stranou.
Jednoduchý PN přechodový dioda vzniká dopováním krystalu křemíku nebo germania pětihornatou (nebo) dárcovskou netečností v jedné části a tříhornatou (nebo) akceptorovou netečností v druhé části.
PN přechod může být také vytvořen spojením p-typového a n-typového polovodiče pomocí specifického výrobního procesu. Anoda je terminál spojující se s p-typovou stranou. Katoda je terminál spojující se s n-typovou stranou.
V centru bloku tyto dopování tvoří PN přechod.
Princip fungování diody
Interakce mezi n-typovým a p-typovým polovodičem je základním procesem fungování diody.
N-typový polovodič se skládá z velkého množství volných elektronů a malého množství děr. Jinými slovy, v n-typovém polovodiči je koncentrace volných elektronů velká, zatímco koncentrace děr je poměrně nízká.
V n-typovém polovodiči jsou volné elektrony označovány jako majoritní nosiče náboje, zatímco díry jsou označovány jako minoritní nosiče náboje.
P-typový polovodič se charakterizuje vysokým počtem děr v porovnání s množstvím volných elektronů, které obsahuje. Díry tvoří většinu nosičů náboje v p-typovém polovodiči, zatímco volné elektrony představují pouze menší část těchto nosičů náboje.
Charakteristiky diody
Dioda napojená vpřed
Dioda napojená vzad
Nepolarizovaná dioda (dioda bez polarizace)
1). Dioda napojená vpřed
Když je dioda polarizována v předním směru a proud prochází tímto směrem, dojde k malému poklesu napětí na diodě.
Přední napětí u germaniových diod je 300 mV, což je mnohem nižší než přední napětí u křemíkových diod, které činí 690 mV.
Potenciální energie v p-typovém materiálu je kladná, zatímco potenciální energie v n-typovém materiálu je záporná. P-typové materiály mají kladnou potenciální energii.
2). Dioda s obrácenou polarizací
Když je napětí baterie sníženo až na nulu, říká se, že dioda má obrácenou polarizaci. Obrácené napětí u germaniových diod činí -50 μA, zatímco obrácené napětí u křemíkových diod činí -20 μA. Když se pohledne na p-typový materiál, je potenciální energie záporná, ale když se pohledne na n-typový materiál, je potenciální energie kladná.
3). Dioda bez polarizace (dioda s nulovou polarizací)
Říká se, že dioda má stav nulové polarizace, když je napěťový potenciál změřený na diodě roven nule.
Aplikace diody
Ochrana proti proudu proudícímu v opačném směru pomocí diod
Diody jsou často používány v obvodech, které klíčují (klíčovací obvody).
Použití diod v logických bránách
Diody jsou běžnou součástí obvodů pro ořezání signálu.
Úpravné zařízení složené z diod
Typy diod
1). Zadní dioda
2). BARITT dioda
3). Gunnova dioda
4). Laserová dioda
5). Světlovyzařovací dioda
6). Fotodioda
7). PIN dioda
8). Rychlá obnovovací dioda
9). Kroková obnovovací dioda
10). Tunnlová dioda
11). P-N přechodová dioda
12). Zenerova dioda
13). Schottkyho diody
14). Shockleyho diody
15). Varaktor (nebo) Vari-cap dioda
16). Lawinová dioda
17). Dioda s konstantním proudem
18). Zlato dotované diody
19). Super bariérové diody
20). Peltierova dioda
21). Krystalová dioda
22). Vakuová dioda
23). Malosignální dioda
24). Velkosignální dioda
1). Obrácená dioda
Tento typ diody je také znám jako "obrácená dioda" a není často používán. Obrácená (zadní) dioda je PN přechodová dioda, která funguje podobně jako tunelová dioda. Kvantový tunelování je důležitou součástí toho, jak proud teče, zejména v opačném směru. S obrázkem energetických pásem můžete vidět přesně, jak dioda funguje.
Pásmo na nejvyšší úrovni se nazývá "vodičové pásmo" a pásmo na nejnižší úrovni se nazývá "valenční pásmo". Když se elektronům přidá energie, tendují získat více energie a pohybovat se k vodičovému pásmu. Když elektrony přejdou z valenčního pásma do vodičového pásma, v valenčním pásmu zanechají díry.
V nulovém stavu polarizace je obsazené valenční pásmo opačné k obsazenému vodičovému pásmu. V opačném stavu polarizace se N oblast posouvá nahoru, zatímco P oblast se posouvá dolů. Teď je pásmo, které je kompletní v P sekci, odlišné od prázdného pásma v N sekci. Elektrony tedy začínají tunelovat z plného pásma v P sekci do prázdného pásma v N sekci.
To znamená, že proud teče i tehdy, když je polarizace v opačném směru. V předním stavu polarizace se N oblast pohybuje ve stejném směru jako P oblast, což je nahoru. Nyní je pásmo, které je vyplněno v N sekci, odlišné od prázdného pásma v P sekci. Elektrony tedy začínají tunelovat z plného pásma v N sekci do prázdného pásma v P sekci.
V tomto typu diody se tvoří oblast s negativním odporem, která je hlavní částí diody, která ji umožňuje fungovat.
2). BARITT Dioda
Tento typ diody je také znám pod rozšířeným názvem, kterým je Barrier Injection Transit Time dioda, nebo BARRITT dioda. Je vhodná pro mikrovlnné aplikace a umožňuje různé srovnání s IMPATT diodou, která se používá častěji.
Použití tepelné energie způsobuje emisi z tohoto specifického typu diody. V porovnání s jinými typy diod tento typ produkuje mnohem méně šumu.
Mikser, zesilovače nebo oscilátory jsou některé z možných aplikací těchto diod díky jejich malé kapacitě signálu. Mohou být také použity v různých dalších zařízeních.
3). Gunn Dioda
PN přechodová dioda, také známá jako Gunn dioda, je typ diody, která je druhem polovodičového zařízení sestávajícím ze dvou terminálů. V nejvíce aplikacích se používá k produkci mikrovlnných signálů.
Oscilátory vyvinuté z Gunn diod se používají kdekoli, kde je potřeba radiokomunikace.
Používají se také v vojenských organizacích. Tato dioda je nezbytnou součástí všech tacometrů, i těch nejzákladnějších. Gunn diody mohou usnadnit začlenění technologie čid otevírání dveří do moderních monitorovacích systémů, což je potřeba v moderních monitorovacích systémech. Kromě toho se tato dioda doporučuje pro použití v obvodech poplachových systémů proti vloupání.
4). Laserová Dioda
Vzhledem k tomu, že generuje koherentní světlo, laserová dioda nefunguje stejným způsobem jako typická LED (světlový vydávací dioda). Tyto specifické typy diod se široce používají v různých oblastech, včetně mechanik CD, DVD přehrávačů a laserových ukazatelů používaných v prezentacích. Ačkoli tyto diody jsou levnější než jiné typy laserových generátorů, jejich cena je mnohem vyšší ve srovnání s LED. Mají také omezenou životnost.
5). Světlový Vydávací Dioda (LED)
Fráze světlovyzařovací dioda (nebo) LED odkazuje na jednu z nejčastějších a nejširší používaných variant diod. Pokud je dioda připojena tak, aby měla předpojití, pak proud projde spojem, což způsobí výrobu světla. Existuje několik nových průlomů v oblasti LED, které je převádějí na OLED a LED.
Během oblasti pracovního předpojití jsou toto druhu diody v provozu. Proud začne proudit, jakmile dioda začne vodiť, když jsme v této zóně. Termín „proud předpojití“ se týká tohoto typu proudu. Dioda je zdrojem světla, které je vyprodukované během tohoto procesu.
LED jsou dostupné v široké škále barev. Konkrétněji, blikající, které mohou fungovat jako zapnuto a vypnuto po určité dobu. Mohou být dvoubarevné, kdy jsou emitovány dvě barvy, nebo trojbarevné, kdy jsou emitovány tři barvy, v závislosti na množství pozitivního napětí, které je přijato.
Kromě toho existují LED, které mohou produkovat infračervené světlo. Jejich praktické použití lze najít v dálkových ovladačích.
6). Fotodioda
Světlo je detekováno fotodiodou touto technikou. Bylo zjištěno, že interakce světla s PN spojem může vést ke vzniku elektronů a děr. Většinou fotodiody fungují v nastavení reverzního pojití, což umožňuje snadné detekci a monitorování i malého množství světlem indukovaného proudu. Generování energie je dalším možným použitím těchto druhů diod.
Protože je také schopna vodiť, když je vystavena reverznímu pojití, funkce fotodiody je velmi podobná funkci zen diody.
Hodnota proudu a hodnota intenzity světla jsou navzájem přímo úměrné. Tyto reakční časy jsou také dostatečně rychlé, měří se nanosekundami místo milisekundami.
7). PIN Dioda
Charakteristiky této diody jsou určeny během procesu jejího vývoje. V konstrukci tohoto typu diody se používají standardy p-typu a n-typu. Spoj, který vznikne v důsledku těchto interakcí, je znám jako intrinsický polovodič, protože neobsahuje žádnou dopantní koncentraci.
Aplikace, jako je přepínání, mohou využít přístup k této oblasti.
8). Rychlá obnovovací dioda
Tato dioda bude mít rychlejší dobu obnovení. AC se používá jako signál pro vstup během procesu usměrňování. Tyto úrovně mají jak pozitivní, tak negativní aspekty. Aby se polarita mohla přecházet z kladné na zápornou (nebo) z záporné na kladnou, musí být doba obnovení co nejkratší.
Při provádění aplikací s vysokou frekvencí je velmi důležité mít co nejrychlejší doby obnovení. V takových podmínkách se doporučuje použít tento specifický typ diody. Jako podmínka tohoto použití musí být reprezentace provedena přesně, zatímco stále udržuje integritu signálu.
9). Kroková obnovovací dioda
Je to jedna z součástí mikrovlnné diody. To často vede k generování pulzů v rozsahu vysoké frekvence. Tyto diody jsou závislé na typu diod, které mají vlastnost rychlého vypnutí díky svému fungování.
10). Tunnelová dioda
Tyto tunelové diody jsou známy tím, že vyžadují přepínací prvky při fungování v oblasti velmi vysokých rychlostí. Doba trvání přechodu bude měřena v nanosekundách nebo pikosekundách. Používají se v kmitočtových oscilátorových obvodech kvůli konceptu záporného odporu, který s nimi souvisí.
11). P-N Junction Diode
Toto je základní dioda, která vznikne, když p-typ a n-typ materiál interagují. Prozkoumává koncept preferování jednoho pohledu nad druhým. V důsledku tohoto polarizace může fungovat v různých režimech provozu.
Tato dioda vede pouze tehdy, když je aplikován dopředný polarizační napětí. Pokud je polarizační napětí opačné, nedochází k jasném toku proudu. Ukazuje se, že proud je blokován, když je polarizační napětí opačné.
Používají se v situacích, kdy aplikace potřebují malé proudy, jako jsou signální diody, a proto jsou preferovány. Jedním z nejzákladnějších použití této technologie jsou čtečky.
12). Zenerova dioda
Je to typ diody, která byla navržena tak, aby mohla fungovat v režimu obrácené polarizace. Když je aplikován dopředný polarizační napětí, vlastnosti diody budou srovnatelné s těmi konvenční diody s p-n přechodem jako základním komponentem.
Když dioda funguje v režimu obrácené polarizace a dosáhne nejnižšího Zenerova napětí, hodnoty proudu se zvýší, avšak napětí zůstane nadále konstantní.
V důsledku toho může být použit v procesu řízení napětí. Když začne vodič vedoucí proud pod kladným předpojímáním, ukázal svou unikátní schopnost. Výrobci přesně určují, jaké bude vyšší zenové napětí pro tento konkrétní typ vodiče. Díky tomu je možné vyrábět více zenových vodičů.
13). Schottkyho vodiče
Schottkyho vodič je typ vodiče charakterizovaný svou schopností provádět přepínací operace vysokou rychlostí. Při průchodu přední cestou dojde k velmi malé ztrátě napětí, což se považuje za pozitivní vlastnost.
Rychlá zapínací obvody jsou dobrým příkladem, kde lze tento typ vodiče využít, protože jeho využití je tam snadno vidět. Pro činnost těchto vodičů je typická frekvence v gigahertzovém rozmezí. Jinak řečeno, má potenciál být vysokofrekvenčním aplikacím preferovanější.
14). Shockleyho vodiče
Přepínací aplikace využívají tyto vodiče, které jsou odlišným typem vodiče od těch popsaných výše. Mají nějaké základní napětí, také známé jako spouštěcí napětí, které je přítomno.
Je nemožné, aby se přepnul, protože zůstane v režimu vysokého odporu, pokud je napětí, které je k němu podáváno, nižší než základní spouštěcí hodnota. Cesta s nízkým odporem bude vytvořena, jakmile bude podávané napětí vyšší než základní spouštěcí hodnota. Shockleyho vodiče plní své funkce tímto způsobem.
15). Varaktor (nebo) Varicap vodič
Toto je další unikátní kategorie vodičů, která vzniká, když je na spoj vodiče aplikováno reverzní napětí. To způsobí změnu kapacity spoje. Protože jde o vodič s proměnnou kapacitou, může být označen zkratkou „varicap“.
16). Avalanche Diode
Avalanche dioda je typ reverzní polarizované diody, jejíž funkce je odvozena z avalanche jevu. Selhání avalanche nastává, když přepad napětí zůstává konstantní a není ovlivněn proudem. Díky své vysoké citlivosti jsou používány pro foto detekci.
17). Constant-current Diode
Jedná se o elektrické zařízení, které omezí proud na maximální hodnotu, která je poskytnuta. Může být také označena jako proudová limitující dioda (CLD) nebo proudová regulující dioda (CRD).
Tyto diody jsou vyrobeny z n-kanálového JFET. Brána je spojena s zdrojem a funguje jako dvoupólový proudový limitér nebo zdroj proudu. Umožňují proud pramenit skrz sebe do specifické hodnoty, než se zastaví a přestane rostout dále.
18). Gold Doped Diodes
V těchto diodách se používá zlato jako dopant. Některé diody jsou silnější než jiné. Proud úniku při reverzní polarizaci je v těchto diodách také nižší. I při větším přepadu napětí mohou tyto diody pracovat na signálových frekvencích. Zlato pomáhá rychlé rekombinaci menšinových nosičů v těchto diodách.
19). Super Barrier Diodes
Jedná se o obdélnicovou diodu s nízkým předním přepadem napětí jako Schottkyova dioda a s nízkým proudem úniku při reverzní polarizaci jako P-N přechodová dioda. Byla vytvořena pro vysokovýkonné, vysokorychlostní přepínání a aplikace s nízkými ztrátami. Super bariérové obdélnicové diody jsou dalším typem obdélnic, které mají nižší přední přepad napětí než Schottkyova dioda.
20). Peltierova dioda
Tato dioda vyzařuje teplo na dvou materiálových spojích polovodiče, které proudí z jednoho terminálu k druhému. Tento tok má pouze jednu směr, který je stejný jako směr proudu.
Toto teplo je vyzařováno v důsledku elektrického náboje vygenerovaného rekombinací minoritních nosičů náboje. Používá se především pro chlazení a ohřev. Tento typ diody slouží jako senzor a tepelný motor v termoelektrickém chlazení.
21). Křemíková dioda
Jedná se o formu bodové kontaktní diody, známé také jako kočičí vous. Její funkce je určena kontaktovým tlakem mezi křemíkovým krystalem a bodem.
Obsahuje kovový drát, který je tlačen proti křemíkovému krystalu. V této podmínce křemíkový krystal slouží jako katoda, zatímco kovový drát slouží jako anoda. Tyto diody jsou v podstatě zastaralé a používají se především v mikrovlnných přijímačích a detektorech.
22). Vakuové diody
Vakuové diody se skládají ze dvou elektrod, které slouží jako anoda a katoda. Katoda je vyrobena z wolframu, který emituje elektrony směrem k anodě. Proud elektronů vždy proudí od katody k anodě. Jako výsledek funguje jako spínač.
Pokud je katoda pokryta oxidovým materiálem, kapacita emise elektronů se zvýší. Anody jsou delší a jejich povrchy jsou někdy hladkány, aby byly minimalizovány teploty, které vznikají v diodě. Dioda bude vodiť pouze tehdy, když je anoda kladná (+) vzhledem k terminálu katody.
23). Malá signální dioda
Je to malé zařízení s nepoměrnými vlastnostmi, používané především v oblastech s vysokou frekvencí a nízkým proudem, jako jsou rádia a televize.
Signálové diody jsou mnohem menší než výkonové diody. Jedna hrana je označena černě (nebo) červeně pro označení kathodového terminálu. Výkonnost malé signálové diody je obzvláště efektivní pro aplikace na vysokých frekvencích.
V porovnání s jejich schopnostmi v jiných kategoriích mají signálové diody obvykle skromnou schopnost přenášet proud a nízkou spotřebu výkonu. Jsou obvykle v rozmezí 150 mA a 500 mW.
Používají se v
aplikacích diod,
rychlém přepínání,
parametrických zesilovačích a mnoha dalších aplikacích.
24). Velká signálová dioda
PN přechodová vrstva u těchto diod je docela silná. Proto se často používají pro zpětné dělení, nebo převod střídavého proudu na stejnosměrný. Velký PN přechod zvyšuje schopnost diody přenášet proud směrem dopředu a blokovat napětí směrem dozadu. Velké signálové diody nejsou vhodné pro aplikace na vysokých frekvencích.
Tyto diody se primárně používají v napájecích zdrojích jako
úpravné,
konvertory,
invertory,
zařízení pro nabíjení baterií atd.
Přední odpor těchto diod je několik ohmů, zatímco odpor blokování směrem dozadu se měří v megaohmech.
Díky své vysoké schopnosti přenášet proud a napětí lze tyto diody použít v elektrických zařízeních, které potlačují velké špičkové napětí.
V tomto příspěvku byly diskutovány různé druhy diod a jejich použití. Každá dioda má svou jedinečnou metodu reprezentace a svou jedinečnou metodu fungování.
Často kladené otázky
1). Převádí dioda střídavý proud (AC) na stejnosměrný proud (DC)?
Dioda umožňující proud průchodu v jednom směru. Když se používá s střídavým proudem, diody vedou pouze během poloviny cyklu. V důsledku toho jsou využívány k převodu střídavého proudu na stejnosměrný proud. Diody tedy jsou stejnosměrným proudem (DC).
2). Co jsou ideální diody?
Diody, které slouží k regulaci směru proudu, se nazývají ideální diody. S ideální diodou může proud pramenit pouze v jednom směru, známém jako směr vpřed, a nemůže pramenit v opačném směru.
Ideální diody vypadají jako otevřený obvod, když jsou zpětně polarizované, a napětí mezi nimi je v této podmínce záporné.
3). Jaký je rozdíl mezi přímou a zpětnou polarizací?
Přímá polarizace nastává u běžné diody, když napětí přes diodu umožňuje normální průtok proudu, zatímco zpětná polarizace znamená napětí přes diodu v opačném směru. Nicméně, napětí aplikované přes diodu během zpětné polarizace nezpůsobí žádný významný průtok proudu.
Prohlášení: Respektujte originál, dobré články stojí za sdílení, pokud dojde k porušení práv, obraťte se prosím na odstranění.
