Что такое диод?

Диод представляет собой двухконтактный электронный компонент, ограничивает поток тока в одном направлении и позволяет ему свободно течь в противоположном направлении. Он имеет множество применений в электронных схемах и может использоваться для создания выпрямителей, инверторов и генераторов.

В этой статье мы возьмем пристальный взгляд что такое диод и как он работает. Мы также рассмотрим некоторые из его распространенных применений в электронных схемах. Итак, приступим!

Как работает диод?

Диод — это электронное устройство, которое позволяет ток должен течь в одном направлении. Обычно они встречаются в электрических цепях. Они работают за счет полупроводникового материала, из которого они созданы, который может быть как N-типа, так и P-типа. Если диод N-типа, он будет пропускать ток только тогда, когда напряжение подается в том же направлении, что и стрелка диода, в то время как диоды P-типа пропускают ток только тогда, когда напряжение подается в направлении, противоположном его стрелке.

Полупроводниковый материал позволяет току течь, создаваязона истощения‘, это область, где электроны запрещены. После подачи напряжения зона обеднения достигает обоих концов диода и позволяет току проходить через него. Этот процесс называется «прямое смещение».

Если напряжение подается в наоборот полупроводникового материала, обратное смещение. Это приведет к тому, что зона истощения будет простираться только от одного конца клеммы и прекратит протекание тока. Это связано с тем, что если бы напряжение было приложено по тому же маршруту, что и стрелка на полупроводнике P-типа, полупроводник P-типа действовал бы как N-тип, потому что он позволял бы электронам двигаться в направлении, противоположном его стрелке.

Течение тока в диоде

Для чего используются диоды?

Диоды используются для конвертировать постоянного тока в переменный ток, блокируя при этом обратную проводимость электрических зарядов. Этот основной компонент также можно найти в регуляторах освещенности, электродвигателях и солнечных батареях.

Диоды используются в компьютерах для защита электронные компоненты компьютера от повреждений из-за скачков напряжения. Они снижают или блокируют напряжение, превышающее требуемое машиной. Это также снижает энергопотребление компьютера, экономя электроэнергию и снижая тепловыделение внутри устройства. Диоды используются в высококлассных приборах, таких как духовки, посудомоечные машины, микроволновые печи и стиральные машины. Они используются в этих приборах для защиты от повреждение из-за скачков напряжения, вызванных авариями в электроснабжении.

Применение диодов

• коррекция
• Как переключатель
• Цепь изоляции источника
• В качестве опорного напряжения
• Смеситель частот
• Защита от обратного тока
• Защита от обратной полярности
• Защита от скачков напряжения
• Детектор огибающей AM или демодулятор (диодный детектор)
• Как источник света
• В цепи датчика положительной температуры
• В цепи датчика освещенности
• Солнечная батарея или фотогальваническая батарея
• Как машинка для стрижки
• Как фиксатор

История диода

Слово «диод» происходит от Греческий слово «диодоус» или «диодос». Цель диода – позволить электричеству идти только в одном направлении. Диод также можно назвать электронным вентилем.

Было обнаружено Генри Джозеф Раунд через его эксперименты с электричеством в 1884 году. Эти эксперименты проводились с использованием вакуумной стеклянной трубки, внутри которой на обоих концах были металлические электроды. Катод имеет пластину с положительным зарядом, а анод имеет пластину с отрицательным зарядом. Когда ток проходил через трубку, она загоралась, что указывало на то, что энергия течет по цепи.

Кто изобрел диод

Хотя первый полупроводниковый диод был изобретен в 1906 году Джоном А. Флемингом, он приписывается Уильяму Генри Прису и Артуру Шустеру за независимое изобретение устройства в 1907 году.

Уильям Генри Прис и Артур Шустер

Типы диодов

• Малый сигнальный диод
• Большой сигнальный диод
• Стабилитрон
• Светодиод (LED)
• Диоды постоянного тока
• Диод Шоттки
• Шокли Диод
• Диоды ступенчатого восстановления
• Туннельный диод
• Варакторный диод
• Лазерный диод
• Диод подавления переходного напряжения
• Легированные золотом диоды
• Супербарьерные диоды
• Диод Пельтье
• Кристаллический диод
• Лавинный диод
• Выпрямитель с кремниевым управлением
• Вакуумные диоды
• PIN-диод
• Точка контакта
• Диод Ганна

Малый сигнальный диод

Диод с малым сигналом представляет собой полупроводниковый прибор с возможностью быстрого переключения и низким падением напряжения при проводимости. Он обеспечивает высокую степень защиты от повреждений из-за электростатического разряда.

Большой сигнальный диод

Диод с большим сигналом — это тип диода, который передает сигналы более высокого уровня мощности, чем диод с малым сигналом. Большой сигнальный диод обычно используется для преобразования переменного тока в постоянный. Большой сигнальный диод будет передавать сигнал без потерь энергии и дешевле, чем электролитический конденсатор.

Развязывающий конденсатор часто используется в сочетании с большим сигнальным диодом. Использование этого устройства влияет на переходное время отклика схемы. Развязывающий конденсатор помогает ограничить колебания напряжения, вызванные изменениями импеданса.

Стабилитрон

Зенеровский диод — это специальный тип, который будет проводить электричество только в области непосредственно под прямым падением напряжения. Это означает, что когда на одну клемму стабилитрона подается напряжение, это позволяет току перемещаться с другой клеммы на клемму с напряжением. Важно, чтобы это устройство использовалось надлежащим образом и было заземлено, иначе оно может привести к необратимому повреждению вашей цепи. Также важно, чтобы это устройство эксплуатировалось на открытом воздухе, так как оно выйдет из строя при помещении во влажную атмосферу.

Когда на стабилитрон подается достаточный ток, создается падение напряжения. Если это напряжение достигает или превышает напряжение пробоя машины, то оно позволяет току течь с одной клеммы.

Светодиод (LED)

Светоизлучающий диод (СИД) изготовлен из полупроводникового материала, излучающего свет при прохождении через него электрического тока достаточной величины. Одним из наиболее важных свойств светодиодов является то, что они очень эффективно преобразовывают электрическую энергию в оптическую. Светодиоды также используются в качестве индикаторных ламп для индикации целей на электронных устройствах, таких как компьютеры, часы, радиоприемники, телевизоры и так далее.

Светодиод является ярким примером развития технологии микрочипов, и он позволил внести существенные изменения в области освещения. В светодиодах используется как минимум два полупроводниковых слоя для генерации света, один pn-переход для генерации носителей (электронов и дырок), которые затем направляются на противоположные стороны «барьерного» слоя, который захватывает дырки с одной стороны, а электроны — с другой. . Энергия захваченных носителей рекомбинирует в «резонансе», известном как электролюминесценция.

Светодиод считается эффективным типом освещения, поскольку он излучает мало тепла вместе со своим светом. Она имеет более длительный срок службы по сравнению с лампами накаливания, которые могут работать до 60 раз дольше, имеют более высокую светоотдачу и выделяют меньше токсичных веществ по сравнению с традиционными люминесцентными лампами.

Самым большим преимуществом светодиодов является тот факт, что при работе им требуется очень мало энергии, в зависимости от типа светодиода. В настоящее время можно использовать светодиоды с источниками питания от солнечных элементов до аккумуляторов и даже переменного тока (AC).

Существует множество различных типов светодиодов, и они бывают разных цветов, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, белый и другие. Сегодня доступны светодиоды со световым потоком от 10 до 100 люмен на ватт (лм/Вт), что почти такое же, как у обычных источников света.

Диоды постоянного тока

Диод постоянного тока, или CCD, представляет собой тип диода регулятора напряжения для источников питания. Основная функция ПЗС заключается в снижении потерь мощности на выходе и улучшении стабилизации напряжения за счет уменьшения его колебаний при изменении нагрузки. ПЗС также можно использовать для регулировки уровней входной мощности постоянного тока и для регулирования уровней постоянного тока на выходных шинах.

Диод Шоттки

Диоды Шоттки также называют диодами с горячими носителями.

Диод Шоттки был изобретен доктором Вальтером Шоттки в 1926 году. Изобретение диода Шоттки позволило нам использовать светодиоды (светоизлучающие диоды) в качестве надежных источников сигнала.

Диод имеет очень выгодный эффект, когда он используется в высокочастотных цепях. Диод Шоттки состоит в основном из трех компонентов; P, N и переход металл-полупроводник. Конструкция этого устройства такова, что внутри твердого полупроводника образуется резкий переход. Это позволяет носителям переходить от полупроводника к металлу. В свою очередь, это помогает снизить прямое напряжение, что, в свою очередь, снижает потери мощности и увеличивает скорость переключения устройств, в которых используются диоды Шоттки, с очень большим запасом.

Шокли Диод

Диод Шокли представляет собой полупроводниковый прибор с асимметричным расположением электродов. Диод будет проводить ток в одном направлении и значительно меньше, если поменять полярность. Если внешнее напряжение поддерживается на диоде Шокли, то он будет постепенно смещаться в прямом направлении по мере увеличения приложенного напряжения до точки, называемой «напряжением отсечки», при которой нет заметного тока, поскольку все электроны рекомбинируют с дырками. За пределами напряжения отсечки на графическом представлении вольт-амперной характеристики находится область отрицательного сопротивления. Shockley будет работать как усилитель при отрицательных значениях сопротивления в этом диапазоне.

Работу Шокли лучше всего можно понять, разбив ее на три части, известные как области, ток в обратном направлении снизу вверх равен 0, 1 и 2 соответственно.

В области 1, когда для прямого смещения приложено положительное напряжение, электроны диффундируют в полупроводник n-типа из материала p-типа, где образуется «зона обеднения» из-за замены основных носителей. Зона обеднения представляет собой область, в которой носители заряда удаляются при приложении напряжения. Зона истощения вокруг p-n перехода предотвращает протекание тока через переднюю часть однонаправленного устройства.

Когда электроны входят в n-сторону со стороны p-типа, образуется «зона обеднения» при переходе снизу вверх до тех пор, пока путь дырочного тока не будет перекрыт. Дырки, двигавшиеся сверху вниз, рекомбинируют с электронами, двигавшимися снизу вверх. То есть между зонами обеднения зоны проводимости и валентной зоны возникает «зона рекомбинации», которая препятствует дальнейшему протеканию основных носителей через диод Шокли.

Поток тока теперь контролируется одним носителем, который является неосновным носителем, то есть электронами в данном случае для полупроводника n-типа и дырками для материала p-типа. Таким образом, мы можем сказать, что здесь протекание тока контролируется основными носителями (дырками и электронами), и протекание тока не зависит от приложенного напряжения, пока имеется достаточное количество свободных носителей для проводимости.

В области 2 электроны, испускаемые из обедненной зоны, рекомбинируют с дырками на другой стороне и создают новые основные носители (электроны в материале p-типа для полупроводника n-типа). Когда эти дырки входят в зону истощения, они завершают путь прохождения тока через диод Шокли.

В области 3 при приложении внешнего напряжения для обратного смещения в переходе появляется область пространственного заряда или зона обеднения, состоящая как из основных, так и из неосновных носителей. Пары электрон-дырка разделены из-за приложения к ним напряжения, что приводит к дрейфовому току через Шокли. Это приводит к протеканию небольшого количества тока через диод Шокли.

Диоды ступенчатого восстановления

Диод с ступенчатым восстановлением (SRD) представляет собой полупроводниковый прибор, который может обеспечивать фиксированное, безусловно стабильное состояние проводимости между его анодом и катодом. Переход из выключенного состояния во включенное состояние может быть вызван импульсами отрицательного напряжения. Во включенном состоянии SRD ведет себя как идеальный диод. В выключенном состоянии SRD преимущественно не проводит ток с некоторым током утечки, но, как правило, недостаточным для того, чтобы вызвать значительные потери мощности в большинстве приложений.

На рисунке ниже показаны осциллограммы ступенчатого восстановления для обоих типов SRD. Верхняя кривая показывает тип с быстрым восстановлением, который излучает большое количество света при переходе в выключенное состояние. Напротив, нижняя кривая показывает диод со сверхбыстрым восстановлением, оптимизированный для высокоскоростной работы и демонстрирующий только незначительное видимое излучение при переходе от включения к выключению.

Чтобы включить SRD, анодное напряжение должно превышать пороговое напряжение машины (VT). SRD выключится, когда потенциал анода меньше или равен потенциалу катода.

Туннельный диод

Туннельный диод — это форма квантовой инженерии, которая берет два куска полупроводника и соединяет один кусок так, чтобы другая сторона была обращена наружу. Туннельный диод уникален тем, что электроны текут через полупроводник, а не вокруг него. Это одна из основных причин того, почему этот тип техники настолько уникален, потому что ни одна другая форма транспортировки электронов до этого момента не могла совершить такой подвиг. Одна из причин, по которой туннельные диоды так популярны, заключается в том, что они занимают меньше места, чем другие формы квантовой инженерии, а также могут использоваться во многих приложениях во многих областях.

Варакторный диод

Варакторный диод представляет собой полупроводник, используемый в регулируемой по напряжению переменной емкости. Варакторный диод имеет два соединения: одно со стороны анода PN-перехода, а другое со стороны катода PN-перехода. Когда вы прикладываете напряжение к варактору, это позволяет сформироваться электрическому полю, которое изменяет ширину его обедненного слоя. Это эффективно изменит его емкость.

Лазерный диод

Лазерный диод — это полупроводник, излучающий когерентный свет, который также называют лазерным светом. Лазерный диод излучает направленные параллельные световые лучи с низкой расходимостью. Это контрастирует с другими источниками света, такими как обычные светодиоды, излучаемый свет которых значительно расходится.

Лазерные диоды используются для оптических накопителей, лазерных принтеров, сканеров штрих-кодов и оптоволоконной связи.

Диод подавления переходного напряжения

Диод подавления переходного напряжения (TVS) — это диод, разработанный для защиты от скачков напряжения и других типов переходных процессов. Он также способен разделять напряжение и ток, чтобы предотвратить попадание высоковольтных переходных процессов в электронику микросхемы. Диод TVS не будет проводить ток при нормальной работе, а будет проводить ток только во время переходного процесса. Во время электрического переходного процесса диод TVS может работать как с быстрыми скачками dv/dt, так и с большими пиками dv/dt. Устройство обычно находится во входных схемах микропроцессорных схем, где оно обрабатывает высокоскоростные сигналы переключения.

Легированные золотом диоды

Золотые диоды можно найти в конденсаторах, выпрямителях и других устройствах. Эти диоды в основном используются в электронной промышленности, потому что им не требуется большое напряжение для проведения электричества. Диоды, легированные золотом, могут быть изготовлены из полупроводниковых материалов p-типа или n-типа. Легированный золотом диод более эффективно проводит электричество при высоких температурах, особенно в диодах n-типа.

Золото не является идеальным материалом для легирования полупроводников, потому что атомы золота слишком велики, чтобы легко поместиться внутри полупроводниковых кристаллов. Это означает, что обычно золото не очень хорошо диффундирует в полупроводник. Один из способов увеличить размер атомов золота, чтобы они могли диффундировать, — это добавить серебра или индия. Наиболее распространенный метод, используемый для легирования полупроводников золотом, — это использование боргидрида натрия, который помогает создать сплав золота и серебра внутри полупроводникового кристалла.

Диоды, легированные золотом, обычно используются в высокочастотных силовых установках. Эти диоды помогают снизить напряжение и ток за счет рекуперации энергии от обратной ЭДС внутреннего сопротивления диода. Легированные золотом диоды используются в таких машинах, как резисторные сети, лазеры и туннельные диоды.

Супербарьерные диоды

Супербарьерные диоды — это тип диодов, которые можно использовать в высоковольтных устройствах. Эти диоды имеют низкое прямое напряжение на высокой частоте.

Супербарьерные диоды — очень универсальный тип диодов, поскольку они могут работать в широком диапазоне частот и напряжений. Они в основном используются в схемах переключения мощности для систем распределения электроэнергии, выпрямителей, инверторов моторного привода и источников питания.

Супербарьерный диод в основном состоит из диоксида кремния с добавлением меди. Супербарьерный диод имеет несколько конструктивных вариантов, включая планарный супербарьерный диод на основе германия, переходный супербарьерный диод и изоляционный супербарьерный диод.

Диод Пельтье

Диод Пельтье — это полупроводник. Его можно использовать для генерации электрического тока в ответ на поступление тепловой энергии. Это устройство все еще новое и еще не полностью изучено, но похоже, что оно может быть полезно для преобразования тепла в электричество. Это может быть использовано для водонагревательных элементов или даже в автомобилях. Это позволило бы использовать тепло, вырабатываемое двигателем внутреннего сгорания, которое обычно является растрачиваемой энергией. Это также позволило бы двигателю работать более эффективно, поскольку ему не нужно было бы производить столько энергии (таким образом, используя меньше топлива), а вместо этого диод Пельтье преобразовывал бы отработанное тепло в энергию.

Кристаллический диод

Кристаллические диоды обычно используются для узкополосной фильтрации, генераторов или усилителей, управляемых напряжением. Кристаллический диод считается особым применением пьезоэлектрического эффекта. Этот процесс помогает генерировать сигналы напряжения и тока, используя их неотъемлемые свойства. Кристаллические диоды также обычно комбинируются с другими схемами, которые обеспечивают усиление или другие специализированные функции.

Лавинный диод

Лавинный диод — это полупроводник, который генерирует лавину от одного электрона из зоны проводимости в валентную зону. Он используется как выпрямитель в высоковольтных силовых цепях постоянного тока, как детектор инфракрасного излучения и как фотоэлектрическая машина для ультрафиолетового излучения. Лавинный эффект увеличивает прямое падение напряжения на диоде, так что его можно сделать намного меньше напряжения пробоя.

Выпрямитель с кремниевым управлением

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) представляет собой тиристор с тремя выводами. Он был разработан, чтобы действовать как переключатель в микроволновых печах для контроля мощности. Он может запускаться током или напряжением, или и тем, и другим, в зависимости от настройки вывода затвора. Когда вывод затвора отрицательный, он позволяет току течь через SCR, а когда он положительный, он блокирует прохождение тока через SCR. Расположение вывода затвора определяет, проходит ли ток или блокируется, когда он на месте.

Вакуумные диоды

Вакуумные диоды – это еще один тип диодов, но, в отличие от других типов, они используются в электронных лампах для регулирования тока. Вакуумные диоды позволяют току течь при постоянном напряжении, но также имеют управляющую сетку, которая изменяет это напряжение. В зависимости от напряжения в управляющей сетке вакуумный диод либо разрешает, либо останавливает ток. Вакуумные диоды используются в качестве усилителей и генераторов в радиоприемниках и передатчиках. Они также служат выпрямителями, которые преобразуют переменный ток в постоянный для использования электрическими устройствами.

PIN-диод

PIN-диоды представляют собой разновидность диодов с p-n-переходом. В общем, PINs представляет собой полупроводник, который проявляет низкое сопротивление при приложении к нему напряжения. Это низкое сопротивление будет увеличиваться с увеличением приложенного напряжения. PIN-коды имеют пороговое напряжение, прежде чем они станут проводящими. Таким образом, если отрицательное напряжение не подается, диод не будет пропускать ток, пока он не достигнет этого значения. Величина тока, протекающего через металл, будет зависеть от разности потенциалов или напряжения между обеими клеммами, и не будет утечки с одной клеммы на другую.

Диод точечного контакта

Точечный диод — это одностороннее устройство, способное улучшать сигнал радиочастот. Point-Contact также называют непереходным транзистором. Он состоит из двух проводов, прикрепленных к полупроводниковому материалу. Когда эти провода соприкасаются, создается «точка защемления», где электроны могут пересекаться. Этот тип диода используется, в частности, с AM-радиоприемниками и другими устройствами, чтобы они могли обнаруживать радиочастотные сигналы.

Диод Ганна

Диод Ганна представляет собой диод, состоящий из двух встречно-параллельных p-n-переходов с асимметричной высотой барьера. Это приводит к сильному подавлению потока электронов в прямом направлении, в то время как ток по-прежнему течет в обратном направлении.

Эти устройства обычно используются в качестве микроволновых генераторов. Они были изобретены примерно в 1959 г. Дж. Б. Ганном и А. С. Ньюэллом в Королевском учреждении связи в Великобритании, откуда и произошло название: «Ганн» — это аббревиатура их фамилий, а «диод» — потому что они работали на газовых устройствах (Ньюэлл ранее работал в Эдисоновском институте связи). Bell Laboratories, где он работал над полупроводниковыми приборами).

Первым крупномасштабным применением диодов Ганна было первое поколение британского военного УВЧ-радиооборудования, которое стало использоваться примерно в 1965 году. Военные AM-радиостанции также широко использовали диоды Ганна.

Характеристика диода Ганна заключается в том, что ток составляет всего 10-20% от тока обычного кремниевого диода. Кроме того, падение напряжения на диоде примерно в 25 раз меньше, чем у обычного диода, обычно 0 мВ при комнатной температуре для XNUMX.

Видео-учебник

What is a diode - Electronics Tutorial For Beginners

Заключение

Надеемся, вы узнали, что такое диод. Если вам интересно узнать больше о том, как работает этот удивительный компонент, ознакомьтесь с нашими статьями на странице диодов. Мы верим, что вы примените все, чему научились, и на этот раз.