Ang mga semiconductor diode ay malawakang ginagamit sa electronics at industriya ng electronics. Ginagamit ang mga ito nang nakapag-iisa at bilang p-n-junction ng mga transistor at marami pang ibang device. Bilang isang discrete component, ang mga diode ay isang mahalagang bahagi ng maraming mga electronic circuit. Nakahanap sila ng maraming application mula sa mga low power na application hanggang sa mga rectifier.
Ano ang diode?
Isinalin mula sa Greek, ang pangalan ng electronic na elementong ito ay literal na nangangahulugang "dalawang terminal". Ang mga ito ay tinatawag na anode at katod. Sa isang circuit, ang kasalukuyang dumadaloy mula sa anode patungo sa katod. Ang semiconductor diode ay isang bahaging elemento at ang kasalukuyang daloy sa tapat na direksyon ay naharang.
Prinsipyo ng operasyon
Ang aparato ng mga semiconductor diode ay ibang-iba. Ito ang dahilan kung bakit maraming uri ng mga ito, na nagkakaiba sa halaga ng mukha at sa mga function na ginagawa nila. Gayunpaman, sa karamihan ng mga kaso ang pangunahing prinsipyoAng operasyon ng semiconductor diodes ay pareho. Naglalaman ang mga ito ng p-n junction, na nagbibigay ng kanilang pangunahing functionality.
Ang terminong ito ay karaniwang ginagamit bilang pagtukoy sa karaniwang hugis ng isang diode. Sa katunayan, nalalapat ito sa halos anumang uri ng mga ito. Ang mga diode ay bumubuo sa backbone ng modernong industriya ng electronics. Lahat - mula sa mga simpleng elemento at transistor hanggang sa modernong microprocessors - ay batay sa semiconductors. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang semiconductor diode ay batay sa mga katangian ng semiconductors. Ang teknolohiya ay batay sa isang pangkat ng mga materyales, ang pagpasok ng mga dumi sa kristal na sala-sala na ginagawang posible upang makakuha ng mga rehiyon kung saan ang mga butas at mga electron ay mga tagadala ng singil.
P-n-junction
Nakuha ng p-n-type diode ang pangalan nito dahil gumagamit ito ng p-n junction na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy sa isang direksyon lamang. Ang elemento ay may iba pang mga katangian na malawakang ginagamit. Halimbawa, ang mga semiconductor diode, ay maaaring maglabas at makakita ng liwanag, magpalit ng kapasidad, at mag-regulate ng boltahe.
Ang P-n-junction ay isang pangunahing istruktura ng semiconductor. Tulad ng iminumungkahi ng pangalan, ito ay isang junction sa pagitan ng p- at n-type na mga rehiyon. Ang transition ay nagbibigay-daan sa mga charge carrier na lumipat sa isang direksyon lamang, na, halimbawa, ay ginagawang posible na i-convert ang alternating current sa direct current.
Karaniwang gawa sa silicon ang mga karaniwang diode, bagama't ginagamit din ang germanium at iba pang materyal na semiconductor, pangunahin para sa mga espesyal na layunin.
Volt-katangian ng ampere
Ang diode ay nailalarawan sa pamamagitan ng curve ng kasalukuyang boltahe, na maaaring hatiin sa 2 sangay: pasulong at pabalik. Sa kabaligtaran ng direksyon, ang kasalukuyang pagtagas ay malapit sa 0, ngunit sa pagtaas ng boltahe ay dahan-dahan itong tumataas at, kapag naabot ang boltahe ng pagkasira, nagsisimula itong tumaas nang husto. Sa direksyong pasulong, mabilis na tumataas ang kasalukuyang may inilapat na boltahe sa itaas ng threshold ng pagpapadaloy, na 0.7 V para sa mga diode ng silikon at 0.4 V para sa germanium. Ang mga cell na gumagamit ng iba't ibang materyales ay may iba't ibang katangian ng volt-ampere at conduction threshold at breakdown na boltahe.
Ang p-n-junction diode ay maaaring ituring bilang isang basic level device. Ito ay malawakang ginagamit sa maraming aplikasyon mula sa mga signal circuit at detector hanggang sa mga limiter o transient suppressor sa induction o relay coils at high power rectifier.
Mga tampok at parameter
Ang mga detalye ng diode ay nagbibigay ng maraming data. Gayunpaman, ang mga tumpak na paliwanag kung ano ang mga ito ay hindi palaging magagamit. Nasa ibaba ang mga detalye ng iba't ibang katangian at parameter ng diode, na ibinigay sa mga detalye.
Materyal na semiconductor
Ang materyal na ginamit sa mga p-n junction ay pinakamahalaga dahil nakakaapekto ito sa marami sa mga pangunahing katangian ng semiconductor diodes. Ang silikon ay ang pinakamalawak na ginagamit dahil sa mataas na kahusayan nito at mababang gastos sa produksyon. Isa pang madalas na ginagamitang elemento ay germanium. Ang iba pang mga materyales ay karaniwang ginagamit sa mga espesyal na layunin ng diode. Ang pagpili ng materyal na semiconductor ay mahalaga dahil tinutukoy nito ang threshold ng pagpapadaloy - mga 0.6 V para sa silikon at 0.3 V para sa germanium.
Pagbaba ng boltahe sa direct current mode (U pr.)
Anumang electrical circuit kung saan dumadaan ang kasalukuyang nagiging sanhi ng pagbaba ng boltahe, at ang parameter na ito ng isang semiconductor diode ay napakahalaga, lalo na para sa pagwawasto, kapag ang pagkawala ng kuryente ay proporsyonal sa U ave. Bilang karagdagan, ang mga elektronikong bahagi ay kadalasang kailangang magbigay ng maliit na pagbaba ng boltahe, dahil maaaring mahina ang mga signal, ngunit kailangan pa rin nilang malampasan ito.
Nangyayari ito sa dalawang dahilan. Ang una ay namamalagi sa mismong likas na katangian ng p-n junction at ang resulta ng isang conduction threshold boltahe na nagpapahintulot sa kasalukuyang tumawid sa depletion layer. Ang pangalawang bahagi ay ang normal na resistive loss.
Napakahalaga ng indicator para sa mga rectifier diode, na maaaring magdala ng malalaking alon.
Peak reverse voltage (U arr. max)
Ito ang pinakamataas na reverse voltage na kayang tiisin ng semiconductor diode. Hindi ito dapat lumampas, kung hindi ay maaaring mabigo ang elemento. Ito ay hindi lamang ang RMS boltahe ng input signal. Ang bawat circuit ay dapat isaalang-alang sa mga merito nito, ngunit para sa isang simpleng solong half-wave rectifier na may smoothing capacitor, tandaan na ang kapasitor ay magkakaroon ng boltahe na katumbas ng peak ng input.hudyat. Isasailalim ang diode sa peak ng papasok na signal sa reverse direction, at samakatuwid sa ilalim ng mga kundisyong ito magkakaroon ng maximum na reverse voltage na katumbas ng peak value ng wave.
Maximum forward current (U pr. max)
Kapag nagdidisenyo ng isang de-koryenteng circuit, siguraduhin na ang pinakamataas na antas ng kasalukuyang diode ay hindi lalampas. Habang tumataas ang kasalukuyang, nabubuo ang karagdagang init, na dapat alisin.
Agos ng pagtagas (I arr.)
Sa isang perpektong diode, dapat ay walang reverse current. Ngunit sa totoong p-n junctions, ito ay dahil sa pagkakaroon ng minority charge carriers sa semiconductor. Ang halaga ng kasalukuyang pagtagas ay nakasalalay sa tatlong mga kadahilanan. Malinaw, ang pinakamahalaga sa mga ito ay ang reverse boltahe. Gayundin, ang kasalukuyang pagtagas ay nakasalalay sa temperatura - sa paglaki nito, ito ay tumataas nang malaki. Bilang karagdagan, ito ay lubos na nakasalalay sa uri ng materyal na semiconductor. Kaugnay nito, ang silicon ay mas mahusay kaysa sa germanium.
Ang leakage current ay tinutukoy sa isang tiyak na reverse boltahe at isang tiyak na temperatura. Karaniwan itong tinutukoy sa microamps (ΜA) o picoamps (pA).
Transition capacitance
Lahat ng semiconductor diodes ay may junction capacitance. Ang depletion zone ay isang dielectric barrier sa pagitan ng dalawang plate na nabubuo sa gilid ng depletion region at ang rehiyon na may karamihan sa mga charge carrier. Ang aktwal na halaga ng kapasidad ay nakasalalay sa reverse boltahe, na humahantong sa isang pagbabago sa transition zone. Ang pagtaas nito ay nagpapalawak ng depletion zone at, dahil dito,binabawasan ang kapasidad. Ang katotohanang ito ay pinagsamantalahan sa mga varactor o varicaps, ngunit para sa iba pang mga aplikasyon, lalo na sa mga aplikasyon ng RF, ang epektong ito ay dapat mabawasan. Ang parameter ay karaniwang tinukoy sa pF sa isang ibinigay na boltahe. Available ang mga espesyal na low-resistance diode para sa maraming RF application.
Uri ng Case
Depende sa layunin, ang mga semiconductor diode ay ginawa sa mga pakete ng iba't ibang uri at hugis. Sa ilang mga kaso, lalo na kapag ginamit sa mga circuit sa pagpoproseso ng signal, ang pakete ay isang mahalagang elemento sa pagtukoy sa mga pangkalahatang katangian ng elektronikong elementong iyon. Sa mga circuit ng kuryente kung saan mahalaga ang pagwawaldas ng init, matutukoy ng pakete ang marami sa mga pangkalahatang parameter ng isang diode. Kailangang mai-attach ang mga high power device sa isang heatsink. Maaaring gawin ang mas maliliit na item sa mga lead case o bilang mga surface mount device.
Mga uri ng diode
Minsan kapaki-pakinabang na pamilyar sa pag-uuri ng mga semiconductor diode. Gayunpaman, maaaring kabilang sa ilang kategorya ang ilang item.
Baliktad na diode. Bagaman hindi ito gaanong ginagamit, ito ay isang uri ng elemento ng p-n-type, na sa pagkilos nito ay halos kapareho ng tunel. Nagtatampok ng mababang pagbaba ng boltahe sa estado. Naghahanap ng paggamit sa mga detector, rectifier, at high frequency switch.
Injection transit diode. Marami itong pagkakatulad sa mas karaniwang paglipad ng avalanche. Ginagamit sa mga microwave generator at alarm system.
Diode Gunn. Hindi ito nabibilang sa p-n-type, ngunit isang semiconductor device na may dalawang terminal. Karaniwan itong ginagamit upang bumuo at mag-convert ng mga signal ng microwave sa hanay na 1-100 GHz.
AngLight emitting o LED ay isa sa pinakasikat na uri ng mga electronic na bahagi. Sa forward bias, ang kasalukuyang dumadaloy sa junction ay nagiging sanhi ng paglabas ng liwanag. Gumagamit sila ng mga compound semiconductors (hal. gallium arsenide, gallium phosphide, indium phosphide) at maaaring kumikinang sa iba't ibang kulay, bagama't sila ay orihinal na limitado sa pula lamang. Maraming bagong pag-unlad na nagbabago sa paraan ng pagpapakita at paggawa, ang OLED ay isang halimbawa.
Photodiode. Ginagamit upang makita ang liwanag. Kapag ang isang photon ay tumama sa isang p-n junction, maaari itong lumikha ng mga electron at butas. Ang mga photodiode ay karaniwang gumagana sa ilalim ng reverse bias na mga kondisyon, kung saan kahit na ang maliliit na agos na nabuo ng liwanag ay madaling matukoy. Maaaring gamitin ang mga photodiode upang makabuo ng kuryente. Minsan ginagamit ang mga elemento ng pin-type bilang photodetector.
Pin-diode. Ang pangalan ng elektronikong elemento ay mahusay na naglalarawan sa aparato ng isang semiconductor diode. Mayroon itong karaniwang mga rehiyon ng p- at n-type, ngunit mayroong isang panloob na rehiyon na walang mga impurities sa pagitan ng mga ito. Ito ay may epekto ng pagtaas ng lugar ng depletion region, na maaaring maging kapaki-pakinabang para sa paglipat, gayundin sa mga photodiode, atbp.
Standard p-n-junction ay maaaring ituring na normalo ang karaniwang uri ng diode na ginagamit ngayon. Magagamit ang mga ito sa RF o iba pang mga application na may mababang boltahe, gayundin sa mga high voltage at high power rectifier.
Schottky diodes. Mayroon silang mas mababang pasulong na pagbaba ng boltahe kaysa sa karaniwang p-n-type na silicon semiconductors. Sa mababang alon, maaari itong mula 0.15 hanggang 0.4 V, at hindi 0.6 V, tulad ng sa mga diode ng silikon. Upang gawin ito, hindi sila ginawa gaya ng dati - gumagamit sila ng metal-semiconductor contact. Malawakang ginagamit ang mga ito bilang mga limiter, rectifier at sa mga kagamitan sa radyo.
Diode na may accumulation ng charge. Ito ay isang uri ng microwave diode na ginagamit upang bumuo at maghugis ng mga pulso sa napakataas na frequency. Nakabatay ang pagpapatakbo nito sa isang napakabilis na katangian ng tripping.
Laser diode. Naiiba ito sa ordinaryong naglalabas ng liwanag dahil gumagawa ito ng magkakaugnay na liwanag. Ginagamit ang mga laser diode sa maraming device, mula sa mga DVD at CD drive hanggang sa mga laser pointer. Ang mga ito ay mas mura kaysa sa iba pang mga anyo ng mga laser, ngunit makabuluhang mas mahal kaysa sa mga LED. Mayroon silang limitadong buhay ng serbisyo.
Tunnel diode. Bagama't hindi ito malawak na ginagamit ngayon, ginamit ito dati sa mga amplifier, oscillator at switching device, oscilloscope timing circuit, noong ito ay mas mahusay kaysa sa ibang mga elemento.
Varactor o varicap. Ginagamit sa maraming RF device. Para sa diode na ito, binabago ng reverse bias ang lapad ng depletion layer depende sa inilapat na boltahe. Sa pagsasaayos na itogumaganap bilang isang kapasitor na may rehiyon ng pagkaubos na kumikilos bilang isang insulating dielectric at mga plato na nabuo ng mga rehiyong conductive. Ginagamit sa mga oscillator na kinokontrol ng boltahe at mga filter ng RF.
Zener diode. Ito ay isang napaka-kapaki-pakinabang na uri ng diode dahil nagbibigay ito ng isang matatag na boltahe ng sanggunian. Dahil dito, ang zener diode ay ginagamit sa napakalaking dami. Gumagana ito sa ilalim ng mga kondisyon ng reverse bias at pumapasok kapag naabot ang isang tiyak na potensyal na pagkakaiba. Kung ang kasalukuyang ay limitado sa pamamagitan ng isang risistor, pagkatapos ito ay nagbibigay ng isang matatag na boltahe. Malawakang ginagamit upang patatagin ang mga suplay ng kuryente. Mayroong 2 uri ng reverse breakdown sa zener diodes: Zener decomposition at impact ionization.
Kaya, ang iba't ibang uri ng semiconductor diode ay kinabibilangan ng mga elemento para sa mababang power at high power na mga aplikasyon, naglalabas at nagde-detect ng liwanag, na may mababang pasulong na pagbagsak ng boltahe at variable na kapasidad. Bilang karagdagan dito, may ilang uri na ginagamit sa teknolohiya ng microwave.
