Wyjaśnienie diody i jej typy
Co to jest dioda?
Dioda to dwuwyjściowe urządzenie elektryczne działające jak jednokierunkowy przełącznik, umożliwiające przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Te diody są wykonane z materiałów półprzewodnikowych takich jak
krzem,
german i
arsenek galu.
Dwa wyjścia diody nazywane są anodem i katodą. Funkcjonowanie diody można podzielić na dwa typy w zależności od różnicy potencjałów (energii potencjalnej) między tymi dwoma wyjściami:
Jeśli napięcie anodu jest większe niż napięcie katody, dioda jest uznawana za działającą w przód (forward bias) i prąd może przepływać.
Jeśli napięcie katody jest większe niż napięcie anodu, dioda jest uznawana za działającą w tył (reverse bias) i prąd nie może przepływać.
Różne rodzaje diod wymagają różnych napięć.
Napięcie przód dla diod krzemowych wynosi 0,7V, podczas gdy dla diod germanowych wynosi 0,3V.
Przy pracy z diodami krzemowymi, katoda jest często oznaczona czarną lub ciemną taśmą na jednym końcu diody, podczas gdy anoda jest zwykle oznaczona drugim końcem.
Prostowanie, czyli przekształcanie prądu przemiennego w prąd stały, jest jednym z najbardziej popularnych zastosowań diod.
Diody są wykorzystywane w aplikacjach chroniących przed odwróconą polaryzacją i przestawkami, ponieważ pozwalają na przepływ prądu tylko w jednym kierunku i hamują przepływ prądu w drugim kierunku.
Symbol diody
Symbol diody przedstawiono poniżej. W warunkach przód (forward biased), strzałka wskazuje kierunek konwencjonalnego przepływu prądu, czyli anoda jest połączona z stroną p, a katoda ze stroną n.
Prosta dioda złączu PN powstaje przez domieszkowanie bloku krzemu lub germanu pentawalentnym (lub) domieszkowaniem dawczym w jednej części i trójwartościowym (lub) domieszkowaniem akceptorowym w drugiej.
Złącze PN może również powstać poprzez połączenie półprzewodnika typu p i typu n za pomocą określonego procesu produkcyjnego. Anoda to wtyczka łącząca się z półprzewodnikiem typu p, a katoda to wtyczka łącząca się z półprzewodnikiem typu n.
W środku bloku te domieszkowania tworzą złącze PN.
Zasada działania diody
Interakcja między półprzewodnikami typu n i typu p jest podstawowym procesem działania diody.
Półprzewodnik typu n składa się z dużej liczby swobodnych elektronów i małej liczby dziur. Innymi słowy, w półprzewodniku typu n koncentracja swobodnych elektronów jest duża, podczas gdy koncentracja dziur jest dość niska.
W półprzewodniku typu n swobodne elektrony są znane jako nośniki ładunku większościowe, podczas gdy dziury są nazywane nośnikami ładunku mniejszościowymi.
Półprzewodnik typu p charakteryzuje się dużą liczbą dziur w stosunku do ilości zawartych w nim swobodnych elektronów. Dziury stanowią ogromną większość nośników ładunku w półprzewodniku typu p, podczas gdy swobodne elektrony reprezentują tylko niewielką część tego rodzaju nośników ładunku.
Charakterystyki diody
Dioda przewieziona
Dioda odwrotnie przewieziona
Dioda nieprzewieziona (zerowo przewieziona) dioda
1). Dioda przewieziona
Gdy dioda jest skierowana w kierunku przód i prąd przepływa przez nią, następuje niewielkie obniżenie napięcia na diodzie.
Napięcie przód dla diod germanowych wynosi 300 mV, co jest znacznie niższe niż napięcie przód dla diod krzemowych, które wynosi 690 mV.
Energia potencjalna na materiale typu p jest dodatnia, podczas gdy energia potencjalna na materiale typu n jest ujemna. Materiały typu p mają dodatnią energię potencjalną.
2). Dioda skierowana w kierunku tył
Gdy napięcie baterii zostaje zredukowane do zera, mówi się, że dioda ma odwrócone skierowanie. Napięcie odwrotne dla diod germanowych wynosi -50(μA) mikroamperów, podczas gdy napięcie odwrotne dla diod krzemowych wynosi -20(μA) mikroamperów. Gdy patrzymy na materiał typu p, energia potencjalna jest ujemna, ale gdy patrzymy na materiał typu n, energia potencjalna jest dodatnia.
3). Dioda bez skierowania (Dioda o zerowym skierowaniu)
Mówi się, że dioda ma warunek zerowego skierowania, gdy napięcie mierzone na diodzie wynosi zero.
Zastosowania diody
Ochrona przed przepływem prądu w kierunku odwrotnym za pomocą diod
Diody są często używane w obwodach zaciskających (obwody zaciskające).
Użycie diod w obwodach bramek logicznych
Diody są powszechnymi elementami w obwodach przycinających.
Urządzenia prostujące składające się z diod
Rodzaje diod
1). Dioda odwrotna
2). Dioda BARITT
3). Dioda Gunn
4). Laserowa dioda
5). Swiatłodoszczepna dioda
6). Fotodioda
7). PIN dioda
8). Szybko odzyskująca się dioda
9). Stopniowo odzyskująca się dioda
10). Tunnlowa dioda
11). Dioda P-N
12). Dioda Zenera
13). Dioda Schottky'ego
14). Dioda Shockleya
15). Varaktor (lub) Vari-cap dioda
16). Lawinowa dioda
17). Dioda o stałym prądzie
18). Złotoodporniane diody
19). Superbarierowe diody
20). Dioda Peltiera
21). Kryształowa dioda
22). Lampa próżniowa
23). Dioda sygnałowa małej mocy
24). Dioda sygnałowa dużej mocy
1). Dioda wsteczna
Ta dioda jest również znana jako „dioda wsteczna” i nie jest często używana. Dioda wsteczna (back) to dioda z połączeniem PN, która działa jak dioda tunelowa. Kwantowy tunelowanie jest ważnym elementem przepływu prądu, szczególnie w kierunku przeciwnym. Dzięki obrazowi pasma energetycznego można dokładnie zobaczyć, jak działa dioda.
Pasma na najwyższym poziomie nazywane są pasmem przewodzenia, a na najniższym poziomie pasmem walencyjnym. Gdy dodaje się energię do elektronów, tendują one do uzyskania większej energii i przemieszczania się w kierunku pasa przewodzenia. Gdy elektrony przemieszczają się z pasa walencyjnego do pasa przewodzenia, pozostawiają dziury w pasie walencyjnym.
W stanie zerowego obciążenia pasmo walencyjne, które jest zajęte, jest przeciwne pasmu przewodzenia, które jest zajęte. W warunkach odwrotnego obciążenia, z drugiej strony, obszar N przesuwa się w górę, podczas gdy obszar P przesuwa się w dół. Teraz, pasmo, które jest pełne w sekcji P, różni się od pasa, który jest pusty w sekcji N. Dlatego elektrony zaczynają przemieszczać się z pełnego pasa w sekcji P do pustego pasa w sekcji N poprzez tunelowanie.
Oznacza to, że przepływ prądu występuje nawet wtedy, gdy obciążenie jest w przeciwnym kierunku. W warunkach obciążenia w przód, obszar N przesuwa się w tym samym kierunku co obszar P, czyli w górę. Teraz, pasmo, które jest pełne w sekcji N, różni się od pasa, który jest pusty w sekcji P. Dlatego elektrony zaczynają przemieszczać się z pełnego pasa w sekcji N do pustego pasa w sekcji P poprzez tunelowanie.
W takiej diodzie powstaje obszar o ujemnym oporze, który jest główną częścią diody, dzięki której działa.
2). Dioda BARITT
Ten rodz diodu jest również znany pod swoim pełnym nazwem, którym jest Barrier Injection Transit Time diod, lub BARRITT diod. Jest odpowiedni do zastosowań mikrofalowych i umożliwia różne porównania z IMPATT diodem, który jest używany bardziej powszechnie.
Użycie energii cieplnej powoduje emisję z tego konkretnego rodzaju diodu. W porównaniu do innych typów diod, ten produkuje znacznie mniej szumów.
Mikserzy, wzmacniacze lub oscylatory to niektóre z możliwych zastosowań tych diod, biorąc pod uwagę ich małą pojemność sygnałową. Mogą być również używane w wielu innych urządzeniach.
3). Gunn Diode
Dioda PN, znana również jako dioda Gunna, to rodzaj diody, która jest typem urządzenia półprzewodnikowego składającego się z dwóch terminłów. W większości zastosowań jest używana do produkcji sygnałów mikrofalowych.
Oscylatory opracowane na bazie diod Gunna są używane wszędzie tam, gdzie występuje potrzeba transmisji radiowej.
Są również używane w organizacjach wojskowych. Ta dioda jest kluczowym elementem wszystkich tacometrów, nawet najprostszych. Diody Gunna mogą ułatwić integrację technologii czujników otwierania drzwi w nowoczesnych systemach monitoringu, co jest potrzebne w nowoczesnych systemach monitoringu. Ponadto ta dioda jest zalecana do użycia w obwodach alarmów włamaniowych.
4). Laser Diode
Ze względu na generowanie spójnego światła, dioda laserowa nie działa w taki sam sposób jak typowy LED (dioda emitująca światło). Te konkretne rodzaje diod znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym napędach CD, odtwarzaczach DVD oraz wskaźnikach laserowych używanych w prezentacjach. Choć te diody są tańsze niż inne rodzaje generatorów laserowych, ich koszt jest znacznie wyższy w porównaniu do LEDów. Mają także ograniczony czas życia.
5). Light Emitting Diode
Fraza "dioda emitująca światło" (lub) LED odnosi się do jednego z najpopularniejszych i szeroko stosowanych rodzajów diod. Jeśli dioda jest połączona tak, że ma przód skierowany naprzód, prąd przepłynie przez złącze, co spowoduje wydzielanie światła. Istnieje kilka nowych przełomów w dziedzinie LED, które przekształcają je w OLEDy i LEDy.
W strefie pracy z przód skierowanym naprzód, to są diody, które działają. Prąd płynie natychmiast, gdy dioda zaczyna przewodzić, gdy jesteśmy w tej strefie. Termin "prąd przód skierowany" odnosi się do tego rodzaju prądu. Dioda jest źródłem światła, które jest produkowane podczas tego działania.
LED-y dostępne są w szerokim zakresie kolorów. Aby być bardziej precyzyjnym, migały mogą działać jako włącznik i wyłącznik na określony czas. Mogą one być dwukolorowe, wtedy emitowane są dwa kolory, lub trójbarwne, wtedy emitowane są trzy kolory, w zależności od ilości dodatniego napięcia otrzymanego.
Ponadto istnieją LED-y, które mogą produkować światło podczerwone. Jego praktyczne zastosowanie znajduje się w pilotach zdalnych.
6). Fotodioda
Światło jest wykrywane przez fotodiodę w tej technice. Odkryto, że interakcja światła z złączem PN może prowadzić do tworzenia elektronów i dziur. W większości przypadków fotodioda funkcjonuje w ustawieniach odwróconego obciążenia, co pozwala łatwo wykrywać i monitorować nawet minimalną ilość prądu indukowanego przez światło. Generowanie energii to kolejne możliwe zastosowanie tych rodzajów diod.
Ponieważ jest również w stanie przewodzić pod wpływem odwróconego obciążenia, działanie fotodiody jest bardzo podobne do działania diody zen.
Wartość prądu i wartość intensywności światła są bezpośrednio proporcjonalne do siebie. Mają również wystarczająco szybkie czasy reakcji, mierzone w nanosekundach, a nie w milisekundach.
7). Diod PIN
Cechy tego dioda są określone w trakcie procesu jego tworzenia. W konstrukcji tego typu dioda wykorzystywane są zarówno standardy p-typu, jak i n-typu. Złącze, które powstanie w wyniku tych interakcji, jest znane jako półprzewodnik intrinsic, ponieważ nie zawiera żadnej stężenia dopingu.
Zastosowania, takie jak przełączanie, mogą skorzystać z dostępu do tej strefy.
8). Dioda szybkiego odzysku
Dioda będzie miała krótszy czas odzysku. AC jest używany jako sygnał wejściowy w całym procesie prostowania. Te poziomy mają zarówno dodatnie, jak i ujemne aspekty. Aby polarności mogły przechodzić z dodatniej na ujemną (lub) z ujemnej na dodatnią, okres odzysku musi być jak najkrótszy.
W przypadku realizacji zastosowań o wysokiej częstotliwości, bardzo ważne jest posiadanie jak najkrótszych możliwych czasów odzysku. W takich warunkach zaleca się użycie tej konkretnej diody. Jako warunek tego, reprezentacja musi być wykonana w precyzyjny sposób, jednocześnie zachowując integralność sygnału.
9). Dioda krokowego odzysku
Jest to jednym z komponentów mikrofalowej diody. Często prowadzi to do generowania impulsów w zakresie wysokich częstotliwości. Te diody są zależne (w zależności) od typu diod, które mają właściwość szybkiego wyłączenia (zamknięcia) ze względu na ich działanie.
10). Dioda tunelowa
Te diody tunelowe znane są z potrzeby stosowania przełączników podczas działania w zakresie nadzwyczaj wysokich prędkości. Czas trwania przejścia mierzy się w nanosekundach lub pikosekundach. Są one wykorzystywane w obwodach oscylatorów relaksacyjnych ze względu na powiązaną z nimi koncepcję oporu ujemnego.
11). Dioda P-N
Jest to podstawowa dioda, która powstaje, gdy materiały typu p i n oddziałują na siebie nawzajem. Przebada ona koncepcję preferowania jednego punktu widzenia nad drugim. Dzięki temu obciążeniu może działać w różnych trybach pracy.
Ta dioda przewodzi tylko wtedy, gdy zastosowane jest obciążenie naprzód. Gdy obciążenie jest w przeciwnym kierunku, nie ma jasnego przepływu prądu. To oznacza, że prąd jest blokowany, gdy obciążenie jest w przeciwnym kierunku.
Są one używane w sytuacjach, gdy aplikacje wymagają niskich prądów, takich jak diody sygnałowe, i dlatego są preferowane. Prostowniki są jednym z najbardziej podstawowych zastosowań tej technologii.
12). Dioda Zenera
To rodzaj diody, który został skonstruowany w taki sposób, aby mógł działać w trybie odwrotnego obciążenia. Gdy zastosowane jest obciążenie naprzód, właściwości pracy diody będą porównywalne do właściwości konwencjonalnej diody, której podstawowym elementem jest złącze p-n.
Gdy dioda działa w trybie odwrotnego obciążenia, po osiągnięciu najniższego napięcia Zenera, wartości prądu zwiększą się, jednak napięcie będzie dalej stałe po tym punkcie.
W związku z tym może być używany w procesie kontroli napięcia. Gdy dioda zaczyna przepuszczać prąd pod wpływem napędu prostego, pokazuje swoją unikalną zdolność. Producenci dokładnie określają, jakie napięcie zen będzie dla tego konkretnego rodzaju diody. Dzięki temu możliwe jest produkcja większej liczby diod zen.
13). Dioda Schottky'ego
Dioda Schottky'ego to rodzaj diody, charakteryzującej się zdolnością do wykonania operacji przełączania z wysokimi prędkościami. Przez ścieżkę przód nastąpi bardzo mała utrata napięcia, co jest uznawane za pozytywną cechę.
Szybkie obwody zaciskające są dobrym przykładem zastosowania takiej diody, ponieważ jej zastosowania są tam łatwo widoczne. Częstotliwość w zakresie gigaherców jest typowa dla działania tego rodzaju diod. Innymi słowy, ma potencjał by być bardziej pożądana w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości.
14). Diody Shockley'a
Zastosowania przełączające wykorzystują te diody, które są innym rodzajem diody niż opisane powyżej. Posiadają one pewne podstawowe napięcie, znane również jako napięcie wyzwalające, które jest obecne.
Przełączenie jest niemożliwe, ponieważ pozostanie w trybie wysokiego oporu, jeśli napięcie dostarczone do niego jest niższe niż podstawowa wartość wyzwalająca. Ścieżka o niskim oporze zostanie skonstruowana natychmiast, gdy napięcie dostarczane będzie większe niż podstawowa wartość wyzwalająca. Diody Shockley'a działają w ten sposób.
15). Dioda varaktora (lub) varicap
To jest kolejna unikalna kategoria diod, która występuje, gdy do styku urządzenia zastosowane jest odwrotne napięcie. To powoduje zmianę pojemności styku. Ponieważ to jest dioda o zmiennym skondensowaniu, skrót „varicap” może być używany do jej określenia.
16). Lawinowy diod
Lawinowy diod to rodzaj diodu z odwróconym naprzeciwko, który czerpie swoją pracę z zjawiska lawiny. Awaria lawiny występuje, gdy spadek napięcia pozostaje stały i nie jest wpływowany przez prąd. Ze względu na wysoki poziom czułości, jaki posiadają, są wykorzystywane do detekcji światła.
17). Stałoprądowy diod
To urządzenie elektryczne, które ogranicza prąd do maksymalnej wartości podanej. Może ono również być nazywane diodem ograniczającym prąd (CLD) lub diodem regulującym prąd (CRD) (CRD).
Te diody są wykonane z (n-kanałowego) JFET. Brama jest podłączona do źródła i działa jako dwupołówkowy ogranicznik prądu (lub) źródło prądu. Pozwalają one na przepływ prądu przez siebie do określonej wartości, zanim zatrzymają się, aby dalej rosnąć (rozwijać).
18). Diody domieszkowane złotem
Złoto jest używane jako domieszkujący materiał w tych diodach. Niektóre diody są potężniejsze niż inne. Prąd przeciekowy przy odwróconym naprężeniu jest również niższy w tych diodach. Nawet przy większych spadkach napięcia, dioda może pracować na częstotliwościach sygnałowych. Złoto pomaga w szybkim rekombinacji mniejszościowych nośników ładunku w tych diodach.
19). Super bariery diody
To prostowniczy diod z niskim spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia jak u diody Schottky'ego i niskim (odwrotnym) przeciekiem prądu jak u diody P-N. Został stworzony dla zastosowań o wysokiej mocy, szybkim przełączaniu i niskich stratach. Super bariery prostownicze diody to kolejny typ prostowników, które mają niższe napięcie w kierunku przewodzenia niż dioda Schottky'ego.
20). Peltier Dioda
Generuje ciepło w dwóch złączach materiałów półprzewodników w tym typie diody, które przepływa od jednego z końców do drugiego. Ten przepływ ma tylko jedną kierunkowość, która jest taka sama jak kierunek przepływu prądu.
To ciepło powstaje w wyniku ładunku elektrycznego generowanego przez rekombinację mniejszościowych nośników ładunku. Jest to głównie używane do chłodzenia i ogrzewania. Tego rodzaju dioda służy zarówno jako czujnik, jak i silnik cieplny w termoelektrycznym chłodzeniu.
21). Dioda krystaliczna
Jest to forma diody punktowej, znana również jako Wąsik Kocia. Jej działanie zależy od ciśnienia kontaktowego między krystalem półprzewodnika a punktem.
W tej diodzie znajduje się metalowy drut, który jest naciskany na krystal półprzewodnika. W takich warunkach krystal półprzewodnika pełni rolę katody, a metalowy drut anody. Te diody są przestarzałe i są używane głównie w odbiornikach mikrofalowych i detektorach.
22). Diody próżniowe
Diody próżniowe składają się z dwóch elektrod, które pełnią role anody i katody. Katoda jest wykonana z wolframu, który emituje elektrony w kierunku anody. Przepływ elektronów zawsze odbywa się od katody do anody. W rezultacie działa ona jak przełącznik.
Gdy katoda jest pokryta materiałami oksydowymi, zdolność emisji elektronów zwiększa się. Anody są dłuższe, a ich powierzchnie czasem są szorstkie, aby zmniejszyć temperatury występujące w diodzie. Dioda przewodzi tylko wtedy, gdy anoda jest dodatnia (+) względem zakończenia katody.
23). Mała dioda sygnałowa
Jest to małe urządzenie o nieproporcjonalnych cechach, używane głównie w polach zastosowań o wysokiej częstotliwości i niskiej wartości prądu, takich jak radia i telewizory.
Diody sygnałowe są znacznie mniejsze niż diody mocy. Jeden z krawędzi jest oznaczony czarną (lub) czerwoną farbą, aby wskazać terminal katodowy. Wydajność małej diody sygnałowej jest szczególnie skuteczna w aplikacjach na wysokich częstotliwościach.
W porównaniu do ich możliwości w innych kategoriach, diody sygnałowe mają zwykle umiarkowaną zdolność przeprowadzania prądu i niskie zużycie mocy. Zwykle są one w zakresie 150mA & 500mW.
Stosowane są w
aplikacjach diodowych,
szybkim przełączaniu,
wzmocnieniach parametrycznych & w wielu innych aplikacjach.
24). Duża dioda sygnałowa
Warstwa połączenia PN w tych diodach jest dość gruba. W rezultacie są często wykorzystywane do prostowania, czyli przekształcania prądu przemiennego w stały. Duże połączenie PN zwiększa zdolność przeprowadzania prądu w przód i napięcie blokujące w tył. Duże diody sygnałowe nie są odpowiednie dla aplikacji na wysokich częstotliwościach.
Te diody są przede wszystkim stosowane w zasilaczach takich jak
prostowniki,
konwertery,
inwertery,
urządzenia do ładowania baterii itp.
Opor w przód tych diod wynosi kilka Ohmów, podczas gdy opór blokujący w tył mierzy się w Megaohmach.
Ze względu na wysoką zdolność do przeprowadzania prądu i napięcia, może być wykorzystywana w urządzeniach elektrycznych, które tłumią duże szczytowe napięcia.
W tym artykule omówiono różne rodzaje diod i ich zastosowania. Każda dioda ma własną unikalną metodę reprezentacji oraz własny unikalny sposób działania.
Często zadawane pytania
1). Czy dioda przekształca prąd przemienny (AC) w prąd stały (DC)?
Dioda, która umożliwia przepływ prądu (przechodzenie) w jednym kierunku. Gdy jest wykorzystywana z prądem przemiennym, diody przewodzą tylko przez połowę cyklu. W związku z tym są one wykorzystywane do konwersji prądu przemiennego na prąd stały. W rezultacie diody są elementami prądu stałego (DC).
2). Co to są ideałowe diody?
Diody, które są używane do regulacji kierunku przepływu prądu, nazywane są idealnymi diodami. Z idealną diodą prąd może płynąć tylko w jednym kierunku, znanym jako kierunek naprzód, i nie może płynąć w kierunku odwrotnym.
Idealne diody wydają się być otwartym obwodem, gdy są odwrócone, a napięcie między końcówkami jest ujemne w takich warunkach.
3). Jaka jest różnica między napędem w kierunku naprzód a odwrotnym?
Napęd w kierunku naprzód występuje w tradycyjnej diodzie, gdy napięcie między końcówkami diody umożliwia normalny przepływ prądu, podczas gdy napęd odwrotny oznacza napięcie między końcówkami diody w przeciwnym kierunku. Jednak napięcie zastosowane do diody podczas napędu odwrotnego nie powoduje żadnego znaczącego przepływu prądu.
Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić się, jeśli występuje naruszenie praw autorskich, prosimy o kontakt w celu usunięcia.
