Объясните диод и его типы
Что такое диод?
Диоды — это двухконтактные электрические устройства, которые действуют как односторонний переключатель, позволяя току течь (перетекать) только в одном направлении. Эти диоды изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как
кремний,
германий и
галлий-арсенид.
Два контакта диода называются анодом и катодом. Функционирование диода можно разделить на два типа в зависимости от разности потенциалов (потенциальной энергии) между этими двумя контактами:
Если напряжение на аноде выше, чем на катоде, диод считается находящимся в прямом смещении, и ток может течь.
Если напряжение на катоде выше, чем на аноде, диод находится в обратном смещении, и ток не может течь.
Различные виды диодов требуют различных напряжений.
Прямое напряжение кремниевых диодов составляет 0,7 В, тогда как у германиевых диодов оно составляет 0,3 В.
При работе с кремниевыми диодами контакт катода часто обозначается черной или темной полосой на одном конце диода, а контакт анода обычно показывается другим концом.
Преобразование переменного тока в постоянный, или выпрямление, является одним из самых распространенных применений диодов.
Диоды используются в приложениях для защиты от обратной полярности и импульсных помех, так как они позволяют току течь (проходить) только в одном направлении и препятствуют его течению в другом.
Символ диода
Символ диода представлен ниже. При прямом смещении стрелка указывает направление традиционного тока. То есть, анод соединен с p-стороной, а катод с n-стороной.
Простой диод с PN-переходом, созданный путем легирования кристалла кремния или германия пентавалентным (или) донорным примесью в одной части и трехвалентным (или) акцепторным примесью в другой.
PN-переход также может быть сформирован путем соединения p-типа и n-типа полупроводников с использованием определенного производственного процесса. Анод — это вывод, подключенный к p-типу, катод — это вывод, подключенный к n-типу.
В центре блока эти легирования формируют PN-переход.
Принцип работы диода
Взаимодействие между n-типом и p-типом полупроводников является фундаментальным процессом, лежащим в основе работы диода.
n-тип полупроводника состоит из большого количества свободных электронов и небольшого количества дырок. Другими словами, в n-типе полупроводника концентрация свободных электронов велика, а концентрация дырок довольно низкая.
В n-типе полупроводника свободные электроны называются основными носителями заряда, тогда как дырки называются незначительными носителями заряда.
p-тип полупроводника характеризуется большим количеством дырок по сравнению с количеством содержащихся свободных электронов. Дырки составляют большую часть носителей заряда в p-типе полупроводника, тогда как свободные электроны представляют собой лишь небольшую часть таких носителей заряда.
Характеристики диода
Диод с прямым смещением
Диод с обратным смещением
Несмещенный диод (диод с нулевым смещением)
1). Диод с прямым смещением
Когда диод смещен в прямом направлении и через него проходит ток, напряжение на нем немного уменьшается.
Напряжение в прямом направлении для германиевых диодов составляет 300 мВ, что намного ниже, чем для кремниевых диодов, где это значение равно 690 мВ.
Потенциальная энергия п-типа материала положительная, тогда как потенциальная энергия n-типа материала отрицательная. Материалы p-типа имеют положительную потенциальную энергию.
2). Обратно смещенный диод
Когда напряжение батареи снижено до нуля, говорят, что диод имеет обратное смещение. Обратное напряжение для германиевых диодов составляет -50(мкА), а для кремниевых диодов - -20(мкА). При просмотре через материал p-типа потенциальная энергия отрицательная, но при просмотре через материал n-типа потенциальная энергия положительная.
3). Не смещенный диод (диод с нулевым смещением)
Считается, что диод находится в состоянии нулевого смещения, когда измеряемое напряжение на диоде равно нулю.
Применение диода
Защита от тока, текущего в обратном направлении, с использованием диодов
Диоды часто используются в цепях, которые ограничивают (ограничивающие цепи).
Использование диодов в логических схемах
Диоды являются обычным компонентом в обрезающих цепях.
Устройства выпрямления, состоящие из диодов
Типы диодов
1). Обратный диод
2). Диод BARITT
3). Диод Ганна
4). Лазерный диод
5). Светодиод
6). Фотодиод
7). PIN-диод
8). Быстрый восстанавливающийся диод
9). Диод с пошаговым восстановлением
10). Туннельный диод
11). P-N-переходный диод
12). Дiod Зенера
13). Диоды Шоттки
14). Диоды Шокли
15). Варикап (или) варикап-диод
16). Аваланчный диод
17). Диод с постоянным током
18). Золотосодержащие диоды
19). Супербарьерные диоды
20). Диод Пельтье
21). Кристаллический диод
22). Вакуумный диод
23). Маломощный диод
24). Высокомощный диод
1). Обратный диод
Этот тип диода также известен как "обратный диод" и используется нечасто. Обратный (обратный) диод — это PN-переходный диод, который работает как туннельный диод. Квантовый туннелирование является важной частью того, как течет ток, особенно в обратном направлении. С помощью энергетической диаграммы можно точно увидеть, как работает диод.
Полоса на верхнем уровне называется зоной проводимости, а полоса на нижнем уровне — валентной зоной. Когда к электронам добавляется энергия, они склонны получать больше энергии и двигаться к зоне проводимости. Когда электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, они оставляют дырки в валентной зоне.
В состоянии нулевого смещения занятая валентная зона противоположна занятой зоне проводимости. В условиях обратного смещения, с другой стороны, N-область поднимается, а P-область опускается. Теперь полоса, заполненная в P-секции, отличается от пустой полосы в N-секции. Поэтому электроны начинают перемещаться из заполненной полосы в P-секции в пустую полосу в N-секции посредством туннелирования.
Таким образом, это означает, что ток протекает даже при обратном смещении. При прямом смещении N-область движется в том же направлении, что и P-область, то есть вверх. Теперь полоса, заполненная в N-секции, отличается от пустой полосы в P-секции. Поэтому электроны начинают перемещаться из заполненной полосы в N-секции в пустую полосу в P-секции посредством туннелирования.
В этом типе диода формируется область отрицательного сопротивления, которая является основной частью диода, обеспечивающей его работу.
2). Диод BARITT
Этот тип диода также известен под своим расширенным названием, которое является Барьерный Инжекционно-Транзитный Диод, или BARRITT диод. Он подходит для применения в микроволновых устройствах и позволяет проводить различные сравнения с IMPATT диодом, который используется чаще.
Использование тепловой энергии вызывает излучение от этого конкретного типа диода. В сравнении с другими типами диодов, этот производит значительно меньше шума.
Миксеры, усилители или генераторы — это некоторые из возможных применений для этих диодов, учитывая их малую мощность сигнала. Они также могут использоваться в различных других устройствах.
3). Gunn Диод
PN-переходный диод, также известный как Gunn диод, это тип диода, который является полупроводниковым устройством, состоящим из двух выводов. В большинстве приложений он используется для генерации микроволновых сигналов.
Генераторы, разработанные на основе Gunn диодов, используются везде, где требуется радиопередача.
Они также используются в военных организациях. Этот диод является важным компонентом всех тахометров, даже самых простых. Gunn диоды могут облегчить интеграцию технологии датчиков открытия дверей в современные системы мониторинга, что необходимо в современных системах мониторинга. Кроме того, этот диод рекомендуется для использования в цепях охранной сигнализации.
4). Лазерный Диод
Поскольку лазерный диод генерирует когерентный свет, он работает не так, как обычный светодиод (LED). Эти специфические виды диодов широко используются в различных областях, включая CD-приводы, DVD-плееры и лазерные указки, используемые в презентациях. Хотя эти диоды более доступны по цене, чем другие виды лазерных генераторов, их стоимость значительно выше по сравнению со светодиодами. У них также ограниченный срок службы.
5). Светодиод
Фраза «светодиод» (или LED) относится к одному из самых распространенных и широко используемых видов диодов. Если диод подключен таким образом, что имеет прямую полярность, то ток будет проходить через переход, что вызовет появление света. Существует несколько новых прорывов в области светодиодов, которые превращают их в OLED и LED.
В зоне работы с прямой полярностью находятся такие диоды, которые находятся в работе. Ток начинает течь, как только диод начинает проводить, когда мы находимся в этой зоне. Термин «прямой ток» относится к этому виду тока. Диод является источником света, который производится в ходе этого процесса.
Светодиоды представлены в широком спектре цветов. Более конкретно, это может быть мигающий светодиод, который может функционировать как включенный и выключенный на предопределенное время. Они могут быть двухцветными, в этом случае излучаются два цвета, или трехцветными, в этом случае излучаются три цвета, в зависимости от величины положительного напряжения.
Кроме того, существуют светодиоды, которые могут излучать инфракрасный свет. Его практическое применение находится в пультах дистанционного управления.
6). Фотодиод
В этом методе свет воспринимается фотодиодом. Было обнаружено, что взаимодействие света с PN-переходом может привести к созданию электронов и дырок. В большинстве случаев фотодиоды работают при обратной полярности, что позволяет легко обнаруживать и контролировать даже малые количества светоиндуцированного тока. Генерация энергии — еще одно возможное применение для этих видов диодов.
Поскольку он также способен проводить при обратной полярности, работа фотодиода очень похожа на работу зен-диода.
Значение тока и значение интенсивности света прямо пропорциональны друг другу. Они также имеют достаточно быстрое время реакции, измеряемое наносекундами, а не миллисекундами.
7). PIN-диод
Характеристики этого диода определяются в процессе его разработки. В конструкции такого типа диода используются как p-типа, так и n-типа стандарты. Соединение, которое будет образовано в результате этих взаимодействий, известно как внутренний полупроводник, поскольку оно не будет содержать никакой концентрации легирующих примесей.
Применения, такие как переключение, могут воспользоваться доступом к этому региону.
8). Быстродействующий диод
Диод будет иметь более быстрое время восстановления. AC используется в качестве входного сигнала на протяжении всего процесса выпрямления. Эти уровни имеют как положительные, так и отрицательные аспекты. Для перехода полярностей с положительной на отрицательную (или) с отрицательной на положительную, период восстановления должен быть как можно короче.
При выполнении высокочастотных приложений очень важно иметь максимально короткое время восстановления. В таких условиях рекомендуется использовать этот конкретный диод. В качестве условия для этого представление должно быть выполнено точно, сохраняя целостность сигнала.
9). Шаговый диод
Это один из компонентов микроволнового диода. Это часто приводит к генерации импульсов в высокочастотном диапазоне. Эти диоды зависят от типа диодов, которые имеют свойство быстро выключаться из-за их работы.
10). Туннельный диод
Эти туннельные диоды известны тем, что требуют переключателей при работе в сверхвысокоскоростном диапазоне. Длительность перехода измеряется в наносекундах или пикосекундах. Это используется в релаксационных генераторах из-за идеи отрицательного сопротивления, связанной с ними.
11). P-N Junction Diode
Это основной диод, который образуется, когда материалы p- и n-типа взаимодействуют друг с другом. Он исследует идею предпочтения одной точки зрения над другой. Из-за этого смещения он может функционировать в различных режимах работы.
Только при применении прямого смещения этот диод проводит. Когда смещение направлено в противоположную сторону, нет явного потока тока. Это показывает, что ток блокируется, когда смещение направлено в противоположную сторону.
Они используются в ситуациях, когда приложения требуют низких токов, таких как сигнальные диоды, и поэтому предпочитаются. Прямоточные преобразователи являются одним из самых фундаментальных применений этой технологии.
12). Zener Diode
Это вид диода, который сконструирован таким образом, что он способен работать в режиме обратного смещения. При применении прямого смещения рабочие свойства диода будут сравнимы со свойствами обычного диода, имеющего p-n-переход в качестве основного компонента.
Когда диод работает в режиме обратного смещения, после достижения минимального напряжения Зенера значения тока увеличиваются, однако напряжение остается постоянным за этой точкой.
В результате его можно использовать в процессе управления напряжением. Когда диод начинает проводить ток при прямом смещении, он демонстрирует свою уникальную способность. Производители точно определяют, каким будет более высокое напряжение для этого конкретного типа диода. Поэтому возможно создание диодов с более высоким напряжением.
13). Диоды Шоттки
Диод Шоттки — это тип диода, который характеризуется своей способностью выполнять коммутационные операции на высоких скоростях. В прямом направлении происходит очень маленькая потеря напряжения, поэтому это считается положительным качеством.
Быстрые цепи ограничения являются хорошим примером, где могут использоваться такие диоды, поскольку их применение очевидно. Частота в гигагерцовом диапазоне является типичной для работы таких диодов. Другими словами, они имеют потенциал быть более предпочтительными при высокочастотных применениях.
14). Диоды Шокли
Коммутационные приложения используют эти диоды, которые являются другим типом диода, отличным от описанных выше. У них есть некоторое фундаментальное напряжение, также известное как пороговое напряжение.
Этот диод не может переключаться, так как он останется в режиме высокого сопротивления, если поданное на него напряжение ниже базового порогового значения. Низкое сопротивление будет создано, как только подаваемое напряжение превысит базовое пороговое значение. Диоды Шокли выполняют свои функции таким образом.
15). Варикап (или) Вариакторный диод
Это еще одна уникальная категория диодов, которая возникает, когда к соединению устройства прикладывается обратное напряжение. Это вызывает изменение емкости соединения. Поскольку это диод с переменной емкостью, аббревиатура "варикап" может использоваться для его обозначения.
16). Диод с лавинным разрядом
Диод с лавинным разрядом — это вид диода с обратным смещением, который работает за счет лавинного явления. Лавина прекращается, когда падение напряжения остается постоянным и не зависит от тока. Благодаря высокой степени чувствительности, их используют для фотодетектирования.
17). Диод с постоянным током
Это электрическое устройство, которое ограничивает ток до максимального значения. Его также можно называть диодом, ограничивающим ток (CLD) или диодом, регулирующим ток (CRD).
Эти диоды изготавливаются из n-канального JFET. Вход соединен с источником и действует как двухполюсное устройство, ограничивающее ток или источник тока. Они позволяют току протекать через них до определенного значения, прежде чем прекратить увеличиваться (развиваться) дальше.
18). Золотосодержащие диоды
Золото используется в качестве донора в этих диодах. Некоторые диоды мощнее других. Ток утечки при обратном смещении также ниже в этих диодах. Даже при больших падениях напряжения, диод может работать на частотах сигналов. Золото способствует быстрому рекомбинации малых носителей в этих диодах.
19). Супербарьерные диоды
Это выпрямительный диод с низким падением напряжения в прямом направлении, как у диода Шоттки, и низким обратным током утечки, как у P-N-переходного диода. Он был создан для применения в устройствах с высокой мощностью, высокоскоростным переключением и низкими потерями. Супербарьерные выпрямительные диоды — это следующий тип выпрямителей, которые имеют более низкое падение напряжения, чем диод Шоттки.
20). Peltier Diode
Он генерирует тепло на двух материальных переходах полупроводника в этом типе диода, которое проходит от одного терминала к другому терминалу. Этот поток имеет только одно направление, совпадающее с направлением тока.
Тепло выделяется в результате электрического заряда, возникающего при рекомбинации неосновных носителей заряда. В основном используется для охлаждения и нагрева. Такой диод служит одновременно датчиком и тепловым двигателем в термоэлектрическом охлаждении.
21). Crystal Diode
Это разновидность точечного диода, также известного как «усик кошки». Его работа определяется контактным давлением между полупроводниковым кристаллом и точкой.
В нем содержится металлическая проволока, которая прижимается к полупроводниковому кристаллу. В этом состоянии полупроводниковый кристалл служит катодом, а металлическая проволока — анодом. По своей природе эти диоды устарели. В основном используются в микроволновых приемниках и детекторах.
22). Vacuum Diodes
Вакуумные диоды состоят из двух электродов, выполняющих функции анода и катода. Катод изготавливается из вольфрама, который испускает электроны в направлении анода. Поток электронов всегда направлен от катода к аноду. В результате он работает как переключатель.
Когда катод покрыт оксидным материалом, способность к эмиссии электронов увеличивается. Аноды имеют относительно большую длину, а их поверхности иногда шероховатые, чтобы минимизировать температуру, возникающую в диоде. Диод проводит ток только тогда, когда анод положителен (+) по отношению к катодному терминалу.
23). Small Signal Diode
Это маленькое устройство с непропорциональными характеристиками, в основном используемое в областях высокочастотных и малоточных приложений, таких как радио и телевизоры.
Сигнальные диоды значительно меньше мощных диодов. Один из краев помечен черным (или) красным цветом для обозначения катодного вывода. Производительность маленького сигнального диода особенно эффективна для применения на высоких частотах.
В сравнении с их возможностями в других категориях, сигнальные диоды обычно имеют скромную способность проводить ток и низкую мощность рассеяния. Они обычно находятся в пределах 150 мА и 500 мВт.
Они используются в
диодных приложениях,
высокоскоростном переключении,
параметрических усилителях и многих других приложениях.
24). Большой сигнальный диод
ПН-переход в этих диодах довольно толстый. В результате их часто используют для выпрямления или преобразования переменного тока в постоянный. Большой ПН-переход увеличивает способность диода проводить прямой ток и обратное запирающее напряжение. Большие сигнальные диоды не подходят для применения на высоких частотах.
Эти диоды в основном применимы в источниках питания, таких как
выпрямители,
преобразователи,
инверторы,
устройства зарядки аккумуляторов и т.д.
Прямое сопротивление этих диодов составляет несколько ом, а обратное запирающее сопротивление измеряется в мегаомах.
Благодаря высокой способности проводить ток и напряжение, они могут быть использованы в электрических устройствах, подавляющих большие пиковые напряжения.
Таким образом, в этом посте были обсуждены различные виды диодов и их применение. Каждый диод имеет свой уникальный метод представления, а также свою уникальную методику работы.
Часто задаваемые вопросы
1). Преобразует ли диод переменный ток (AC) в постоянный ток (DC)?
Диод, который позволяет току течь (проходить) в одном направлении. При использовании с переменным током диоды проводят только половину цикла. В результате их используют для преобразования переменного тока в постоянный. Таким образом, диоды являются источниками постоянного тока (DC).
2). Что такое идеальные диоды?
Диоды, которые используются для регулирования направления тока, называются идеальными диодами. С идеальным диодом ток может течь только в одном направлении, известном как прямое направление, и не может течь в обратном направлении.
Идеальные диоды кажутся разомкнутой цепью, когда они обратно смещены, и напряжение на них отрицательное в этом состоянии.
3). В чем разница между прямым и обратным смещением?
Прямое смещение происходит в обычном диоде, когда напряжение на диоде позволяет току течь нормально, тогда как обратное смещение означает напряжение на диоде в противоположном направлении. Однако напряжение, приложенное к диоду при обратном смещении, не вызывает заметного тока.
Заявление: Уважайте оригинальные материалы, хорошие статьи стоят того, чтобы их распространять, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.
