Устройство и назначение диодов

Устройство и назначение диодов

Сайт СТУДОПЕДИЯ проводит ОПРОС! Прими участие 🙂 — нам важно ваше мнение.

ХАРАКТЕРИСТИКИ. ПРИМЕНЕНИЕ

ДИОДЫ. УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ, РАБОЧАЯ СХЕМА.

Диод – это двухэлектродный полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на n-pпереходе. Диод состоит из корпуса и двух омических контактов. Внутрь корпуса помещен полупроводниковый кристаллик. Контакты называются «база» и «эмиттер». По конструкции диоды подразделяют на точечные и плоскостные. В точечных диодах n-р-переход образуется в месте контакта пластинки полупроводника n-типа с металлической иглой. Из-за малой площади контакта 0.5…1.5 мм 2 прямой ток и емкость таких диодов невелики, что позволяет применять их на высоких частотах. В плоскостных диодах n-p–переход образуется двумя полупроводниками с различным типом электропроводности. Площадь перехода лежит в пределах от сотых долей мм 2 до нескольких мм 2.

По назначению диоды делятся на выпрямительные, стабилитроны, импульсные и т. д

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока низкой частоты в постоянный ток.

Характеристики диодов зависят от свойств полупроводниковых

материалов, размеров, способа изготовления. Обозначения диодов в схемах приведены на рисунке 5.3, а. Слева на право: эмиттер – база.

Рисунок 5.3. Схемотехническое обозначение диода и рабочая схема

Рассмотрим рабочую схему диода (рис.5.3,б). Когда на эмиттер диода подают «плюс», а на базу – «минус», диод открывается (n-p – переход смещен в прямом направлении), и че-рез него проходит ток, который выделяется на сопротивлении нагрузки . Когда напряжение меняет полярность, диод закрыт (n-p – переход смещен в обратном направлении). Через диод проте-кает очень маленький обратный ток , падение напряжения на нагрузке близко к нулю.

Вольтамперной характеристикой называется зависимость тока, протекающего через диод, от приложенного напряжения . Вольтамперная характеристика диода приведе-на на рисунке 5.4. Из рисунка видно, что характеристика нели-нейная. В ней можно выделить 4 участка. На прямой ветви ВАХ, когда внешнее напряжение невелико (участок1), потенциальный барьер n -p – перехода еще достаточно велик и почти не пропускает основные носители. мало. На участке 2 под действием внешнего напряжения потенциальный барьер снижается, через диод протекает прямой ток, величина которого определяется только сопротивлением эмиттера, базы и омических контактов диода. Аналитическая форма записи вольтамперной характеристики:

(5.2)

где — приложенное напряжение;

— ток через диод;

— тепловой ток, создаваемый не основными носителями заряда;

— тепловой потенциал в вольтах;

— температура в К;

— постоянная Больцмана;

— элементарный заряд.

— сопротивление эмиттера, базы и омических контактов диода.

На участке 3 обратной ветви ВАХ при небольших обратных напряжениях наблюдается некоторое увеличение обратного тока за счет уменьшения диффузионной составляющей тока. С ростом величины потенциального барьера диффузионный ток становится равным нулю, обратный ток будет определяться величиной дрейфового тока и будет оставаться постоянным. Кроме того, необходимо учитывать токи утечки и термогенерации, возникающие в реальном диоде.

Ток утечки — это поверхностный ток, обусловленный оксид-ными пленками на поверхности монокристалла полупроводника.

Ток термогенерации это тепловой ток не основных носителей в теле nр — перехода.

При увеличении обратного напряжения и превышении им некоторого значения обратный ток резко возрастает (участок 4 ВАХ). Такое явление называется пробоем p-n-перехода, а обратное напряжение, при котором происходит резкое возрастание обратного тока — напряжением пробоя. Напряжение пробоя р-n- перехода лежит в пределах от единиц до сотен вольт. Различают четыре вида пробоя: лавинный, туннельный, поверхностный и тепловой. Лавинный пробой возникает, когда под действием электричес-кого поля не основные носители приобретают энергию достаточную для ударной ионизации атомов полупроводника. электронами энергии , где — потенциал ионизации. В переходе начинается лавинообразное размножение электронов и дырок, что приводит к резкому возрастанию обратного тока при почти неизмен-ном напряжении. Лавинный пробой развивается в относительно широких переходах с малой концентрацией примесей. С ростом температуры условия возникновения лавинного пробоя ухудша-ются.

Туннельный пробой обусловлен непосредственным отрывом валентных электронов от атомов кристаллической решетки под действием сильного электрического поля. Развивается туннельный пробой в узких n-р-переходах, где имеется высокая напряженность электрического поля. Условия развития туннельного пробоя улучшаются с ростом температуры.

Поверхностный пробой развивается при протекании по поверхности n-p — перехода токов утечки, вызываемых дефектами и загрязнением внешней поверхности n-p -структуры.

Читайте также:  Как избавиться от плесени на растениях

Тепловой пробой возникает за счет интенсивного размножения носителей заряда в локальных областях n-p — перехода с высоким сопротивлением при недопустимом повышении температуры. Рост числа носителей заряда вызывает увеличение обратного тока и еще больший разогрев. Процесс заканчивается нарушением структуры n-p -перехода и выходом прибора из строя. Лавинный и туннельный пробои являются обратимыми, т.е. при снижении напряжения свойства p-n-перехода восстанавливаются, если обратный ток не достиг предела, выше которого развивается тепловой пробой.

Характерной особенностью полупроводниковых приборов является зависимость их характеристик и параметров от температуры. С ростом температуры концентрация носителей заряда

Рисунок 5.4. Вольтамперная характеристика диода и влияние на нее температуры.

увеличивается, что приводит к росту как , так и

Параметрами диода являются .

Прямое сопротивление диода это сопротивление диода, у которого n-р- переход смещен в прямом направлении. рассчитывается по формуле :

, (5.3)

где и значения напряжения и тока в рабочей точке на линейном участке вольтамперной характеристики.

Обратное сопротивление диода это сопротивление диода, у которого n-р — переход смещен в обратном направлении. рассчитывается по формуле :

, (5.4)

где и значения напряжения и тока на обратной ветви вольтамперной характеристики диода.

рассчитывается в рабочей точке на линейном участке прямой ветви вольтамперной характеристики:

(5.5)

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 1021 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Устройство, параметры и разновидности диодов

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Читайте также:  Чем делать гидроизоляцию в ванной

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

Читайте также:  Низкое напряжение на выходе импульсного блока питания

I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Все мы прекрасно знаем что такое полупроводниковый диод, но мало кто из нас знает о принципе работы диода, сегодня специально для новичков я поясню принцип его работы. Диод как известно одной стороной хорошо пропускает ток, а в обратном направлении — очень плохо. У диода есть два вывода — анод и катод. Ни один электронный прибор не обходится без применения диодов. Диод используют для выпрямлении переменного тока, при помощи диодного моста который состоит из четырех диодов, можно превратить переменной ток в постоянный, или с использованием шести диодов превратить трехфазовое напряжение в однофазовое, диоды применяются в разнообразных блоках питания, в аудио — видео устройствах, практически повсюду. Тут можно посмотреть фотографии некоторых видов диодов.

На выходе диода можно заметить спад начального уровня напряжения на 0,5-0,7 вольт. Для более низковольтных устройств по питанию используют диод шоттки, на таком диоде наблюдается наименьший спад напряжения — около 0,1В. В основном диоды шоттки используют в радио передающих и приемных устройствах и в других устройствах работающих в основном на высокой частоте. Принцип работы диода с первого взгляда достаточно простой: диод — полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью электрического тока.

Вывод диода подключенный к положительному полюсу источника питания называют анодом, к отрицательному — катодом. Кристалл диода в основном делают из германия или кремния одна область которого обладает электропроводимостью п — типа, то есть дырочная, которая содержит искуственно созданный недостаток электронов, друггая — проводимости н — типа, то есть содержит избыток электронов, границу между ними называют п — н переходом, п — в латыни первая буква слова позитив, н — первая буква в слове негатив. Если к аноду диода подать положительное напряжение, а к катоду отрицательное — то диод будет пропускать ток, это называют прямым включением, в таком положении диод открыт, если подать обратное — диод ток пропускать не будет, в таком положении диод закрыт, это называют обратным подключением.

Обратное сопротивление диода очень большое и в схемах его принимают ка диэлектрик (изолятор). Продемонстрировать работу полупроводникового диода можно собрать простую схему которая состоит из источника питания, нагрузки (например лампа накаливания или маломощный электрический двигатель) и самого полупроводного диода. Последовательно подключаем все компоненты схемы, на анод диода подаем плюс от источника питания, последовательно диоду, то есть к катоду диода подключаем один конец лампочки, другой конец той же лампы подключаем к минусу источника питания. Мы наблюдаем за свечением лампы, теперь перевернем диод, лампа уже не будет светится поскольку диод подключен обратно, переход закрыт. Надеюсь каким то образом это вам поможет в дальнейшем, новички — А. Касьян (АКА).

Обсудить статью ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

Обзор современного цифрового зарядного устройства, способного полностью зарядить NiMH аккумуляторы за 15 минут.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector