El díode semiconductor s'utilitza àmpliament en enginyeria elèctrica i electrònica. Amb el seu baix cost i una bona relació potència-mida, va substituir ràpidament els dispositius de buit amb un propòsit similar.
Contingut
El dispositiu i principi de funcionament d'un díode semiconductor
Un díode semiconductor consta de dues regions (capes) fetes d'un semiconductor (silici, germani, etc.). Una regió té un excés d'electrons lliures (n-semiconductor), l'altra té una deficiència (p-semiconductor), això s'aconsegueix dopant el material base. Entre ells hi ha una petita zona en què un excés d'electrons lliures del lloc n "tanca" forats del lloc p (la recombinació es produeix a causa de la difusió) i no hi ha portadors de càrrega lliures en aquesta regió. Quan s'aplica una tensió directa, la regió de recombinació és petita, la seva resistència és petita i el díode condueix el corrent en aquesta direcció. Amb la tensió inversa, augmentarà la zona lliure de portadors, augmentarà la resistència del díode. No hi haurà corrent en aquesta direcció.
Tipus, classificació i designació gràfica en esquemes elèctrics
En el cas general, el díode del diagrama s'indica com una fletxa estilitzada que indica la direcció del corrent. La imatge gràfica condicional (UGO) del dispositiu conté dues conclusions: ànode i càtode, que en connexió directa es connecten al més del circuit elèctric i al menys, respectivament.
Hi ha un gran nombre de varietats d'aquest dispositiu semiconductor bipolar, que, depenent de la finalitat, poden tenir UGO lleugerament diferents.
Díodes Zener (Díodes Zener)
Un díode zener és un dispositiu semiconductorFuncionant a tensió inversa a la zona de ruptura d'allau. En aquesta regió, la tensió del díode Zener és estable en un ampli rang de corrent a través del dispositiu. Aquesta propietat s'utilitza per estabilitzar la tensió a través de la càrrega.
Estabistors
Els díodes Zener fan una bona feina per estabilitzar les tensions a partir de 2 V.Els estabistors s'utilitzen per obtenir una tensió constant per sota d'aquest límit. El dopatge del material del qual estan fets aquests aparells (silici, seleni) aconsegueix la major verticalitat de la branca directa de la característica. En aquest mode, els estabistors funcionen, donant una tensió exemplar en el rang de 0,5 ... 2 V a la branca directa de la característica corrent-tensió a tensió directa.
Díodes Schottky
El díode Schottky està construït segons l'esquema semiconductor-metall, i no té una unió convencional. Per això s'han obtingut dues propietats importants:
- caiguda de tensió directa reduïda (uns 0,2 V);
- augment de les freqüències de funcionament a causa d'una disminució de l'autocapacitat.
Els desavantatges inclouen un augment dels valors de corrents inverses i una tolerància reduïda al nivell de tensió inversa.
Varicaps
Cada díode té una capacitat elèctrica. Les plaques del condensador són dues càrregues espacials (p i n regions de semiconductors), i la capa barrera és el dielèctric. Quan s'aplica una tensió inversa, aquesta capa s'expandeix i la capacitat disminueix. Aquesta propietat és inherent a tots els díodes, però per als varicaps, la capacitat està normalitzada i es coneix per a determinats límits de tensió. Això fa possible utilitzar dispositius com condensadors variables i s'aplica per ajustar o afinar circuits subministrant tensió inversa de diversos nivells.
díodes de túnel
Aquests dispositius presenten una deflexió en la secció recta de la característica, en la qual un augment de la tensió provoca una disminució del corrent. En aquesta regió, la resistència diferencial és negativa.Aquesta propietat permet utilitzar díodes de túnel com a amplificadors i generadors de senyal feble a freqüències superiors a 30 GHz.
Dinistors
Dinistor - tiristor de díode - té una estructura p-n-p-n i un CVC en forma de S, no condueix el corrent fins que la tensió aplicada arriba al nivell llindar. Després d'això, s'encén i es comporta com un díode normal fins que el corrent cau per sota del nivell de retenció. Els dinistors s'utilitzen en l'electrònica de potència com a claus.
Fotodiodes
El fotodíode es fa en un paquet amb accés de llum visible al cristall. Quan s'irradia una unió p-n, hi sorgeix una fem. Això us permet utilitzar el fotodíode com a font de corrent (com a part de plaques solars) o com a sensor de llum.
LEDs
La propietat principal d'un LED és la capacitat d'emetre llum quan el corrent passa per una unió p-n. Aquesta resplendor no està relacionada amb la intensitat de la calefacció, com una làmpada incandescent, de manera que el dispositiu és econòmic. De vegades s'utilitza la brillantor directa de la transició, però més sovint s'utilitza com a iniciador de l'encesa del fòsfor. Això va permetre obtenir colors LED abans inabastables, com el blau i el blanc.
Díodes Gunn
Encara que el díode Gunn té la designació gràfica convencional habitual, no és un díode en el sentit complet. Perquè no té una unió p-n. Aquest dispositiu consisteix en una placa d'arsenur de gal·li sobre un substrat metàl·lic.
Sense entrar en els detalls dels processos: quan s'aplica un camp elèctric d'una certa magnitud al dispositiu, es produeixen oscil·lacions elèctriques, el període de les quals depèn de la mida de l'hòstia semiconductora (però dins de certs límits, la freqüència es pot ajustar). per elements externs).
Els díodes Gunn s'utilitzen com a oscil·ladors a freqüències d'1 GHz i superiors. L'avantatge del dispositiu és l'estabilitat d'alta freqüència, i el desavantatge és la petita amplitud de les oscil·lacions elèctriques.
Díodes magnètics
Els díodes ordinaris es veuen dèbilment afectats pels camps magnètics externs. Els magnetòdiodes tenen un disseny especial que augmenta la sensibilitat a aquest efecte. Es fabriquen amb tecnologia p-i-n amb una base estesa. Sota l'acció d'un camp magnètic, la resistència del dispositiu en la direcció cap endavant augmenta, i això es pot utilitzar per crear elements de commutació sense contacte, convertidors de camp magnètic, etc.
Díodes làser
El principi de funcionament d'un díode làser es basa en la propietat d'un parell electró-forat durant la recombinació en determinades condicions d'emetre radiació visible monocromàtica i coherent. Els mètodes de creació d'aquestes condicions són diferents, per a l'usuari només cal conèixer la longitud de l'ona emesa pel díode i la seva potència.
Díodes d'allaus
Aquests aparells s'utilitzen al microones. En determinades condicions, en el mode de trencament d'allau, apareix una secció amb una resistència diferencial negativa a la característica del díode. Aquesta propietat de l'APD els permet utilitzar-los com a generadors que funcionen a longituds d'ona fins al rang mil·límetre. Allà és possible obtenir una potència d'almenys 1 watt. A freqüències més baixes, d'aquests díodes s'eliminen fins a diversos quilowatts.
Díodes PIN
Aquests díodes es fabriquen mitjançant la tecnologia p-i-n. Entre les capes dopades de semiconductors hi ha una capa de material no dopat. Per aquest motiu, les propietats rectificadores del díode empitjoren (amb tensió inversa, la recombinació es redueix per la manca de contacte directe entre les zones p i n).Però a causa de l'espaiat de les regions de càrrega espacial, la capacitat del paràsit es fa molt petita, en estat tancat, pràcticament s'exclou la fuita de senyal a altes freqüències i els díodes pin es poden utilitzar en RF i microones com a elements de commutació.
Principals característiques i paràmetres dels díodes
Les principals característiques dels díodes semiconductors (excepte els altament especialitzats) inclouen:
- la tensió inversa màxima admissible (constant i polsada);
- freqüència operativa límit;
- caiguda de tensió directa;
- rang de temperatura de funcionament.
La resta de característiques importants es consideren millor utilitzant l'exemple de les característiques IV del díode, això és més clar.
Característica volt-ampere d'un díode semiconductor
La característica corrent-tensió d'un díode semiconductor consisteix en una branca directa i inversa. Estan situats en els quadrants I i III, ja que la direcció del corrent i la tensió pel díode sempre coincideixen. Segons la característica de tensió actual, podeu determinar alguns paràmetres, així com veure clarament què afecten les característiques del dispositiu.
Tensió llindar de conducció
Si apliqueu una tensió directa al díode i comenceu a augmentar-lo, al primer moment no passarà res: el corrent no augmentarà. Però a un determinat valor, el díode s'obrirà i el corrent augmentarà segons la tensió. Aquesta tensió s'anomena tensió llindar de conducció i està marcada al VAC com a Uthreshold. Depèn del material del qual està fet el díode. Per als semiconductors més comuns, aquest paràmetre és:
- silici - 0,6-0,8 V;
- germani - 0,2-0,3 V;
- arsenur de gal·li - 1,5 V.
La propietat dels dispositius semiconductors de germani d'obrir-se a baixa tensió s'utilitza quan es treballa en circuits de baixa tensió i en altres situacions.
Corrent màxima a través del díode amb connexió directa
Després que el díode s'ha obert, el seu corrent augmenta juntament amb l'augment de la tensió directa. Per a un díode ideal, aquest gràfic va a l'infinit. A la pràctica, aquest paràmetre està limitat per la capacitat del dispositiu semiconductor per dissipar la calor. Quan s'arriba a un cert límit, el díode es sobreescalfarà i fallarà. Per evitar-ho, els fabricants indiquen el corrent màxim admissible (a VAC - Imax). Es pot determinar aproximadament per la mida del díode i el seu paquet. En ordre descendent:
- el corrent més gran el mantenen els dispositius en una funda metàl·lica;
- les caixes de plàstic estan dissenyades per a una potència mitjana;
- Els díodes en embolcalls de vidre s'utilitzen en circuits de baixa intensitat.
Els aparells metàl·lics es poden instal·lar als radiadors; això augmentarà la potència de dissipació.
Corrent de fuga inversa
Si apliqueu una tensió inversa al díode, un amperímetre insensible no mostrarà res. De fet, només un díode ideal no passa cap corrent. Un dispositiu real tindrà un corrent, però és molt petit i s'anomena corrent de fuga inversa (al CVC - Iobr). És desenes de microamperes o dècimes de mil·liamperes i molt menys que el corrent continu. El podeu trobar al directori.
Tensió de ruptura
A un determinat valor de la tensió inversa, es produeix un fort augment del corrent, anomenat ruptura. Té caràcter de túnel o allau i és reversible. Aquest mode s'utilitza per estabilitzar la tensió (allau) o per generar polsos (túnel).Amb un nou augment de la tensió, l'avaria es torna tèrmica. Aquest mode és irreversible i el díode falla.
Unió pn de capacitat parasitària
Ja s'ha esmentat que la unió p-n té capacitat elèctrica. I si aquesta propietat és útil i s'utilitza en varicaps, en els díodes ordinaris pot ser perjudicial. Encara que la capacitat són unitats o desenes de pF i en corrent continu o baixes freqüències és imperceptible, amb l'augment de la freqüència augmenta la seva influència. Uns quants picofarads a RF crearan una resistència prou baixa per a una fuita de senyal falsa, s'afegeixen a la capacitat existent i canviaran els paràmetres del circuit, i juntament amb la inductància de la sortida o del conductor imprès formen un circuit de ressonància espúrea. Per tant, en la producció de dispositius d'alta freqüència, es prenen mesures per reduir la capacitat de la transició.
Marcatge de díodes
La manera més senzilla de marcar els díodes en una caixa metàl·lica. En la majoria dels casos, estan marcats amb la designació del dispositiu i el seu pinout. Els díodes en una caixa de plàstic estan marcats amb una marca d'anell al costat del càtode. Però no hi ha cap garantia que el fabricant compleixi estrictament aquesta regla, per la qual cosa és millor consultar el directori. Encara millor, sona el dispositiu amb un multímetre.
Els díodes zener domèstics de baixa potència i alguns altres dispositius poden tenir marques de dos anells o punts de diferents colors als costats oposats de la caixa. Per determinar el tipus d'aquest díode i la seva fixació, cal que prengui un llibre de referència o trobar un identificador de marcatge en línia a Internet.
Aplicacions dels díodes
Malgrat el dispositiu senzill, els díodes semiconductors s'utilitzen àmpliament en electrònica:
- Per allisar tensió CA. Un clàssic del gènere: la propietat d'unió p-n s'utilitza per conduir el corrent en una direcció.
- detectors de díodes. Aquí, s'utilitza la no linealitat de la característica I–V, que permet aïllar els harmònics del senyal, el necessari dels quals es pot distingir mitjançant filtres.
- Dos díodes, connectats esquena a esquena, serveixen com a limitador de senyals potents que poden sobrecarregar les etapes d'entrada posteriors de receptors de ràdio sensibles.
- Els díodes Zener es poden incloure com a elements a prova d'espurnes que no permeten que els polsos d'alta tensió entrin als circuits dels sensors instal·lats en zones perilloses.
- Els díodes poden servir com a dispositius de commutació en circuits d'alta freqüència. S'obren amb una tensió constant i passen (o no passen) el senyal de RF.
- Els díodes paramètrics serveixen com a amplificadors de senyals febles en el rang de microones a causa de la presència d'una secció amb resistència negativa a la branca directa de la característica.
- Els díodes s'utilitzen per muntar mescladors que funcionen en equips de transmissió o recepció. Es barregen senyal d'oscil·lador local amb un senyal d'alta freqüència (o de baixa freqüència) per a un processament posterior. També utilitza la no linealitat de la característica corrent-tensió.
- La característica no lineal permet l'ús de díodes de microones com a multiplicadors de freqüència. Quan el senyal passa pel díode multiplicador, es ressalten els harmònics més alts. Després es poden seleccionar filtrant.
- Els díodes s'utilitzen com a elements d'afinació per a circuits ressonants. En aquest cas, s'utilitza la presència d'una capacitat controlada a la unió p-n.
- Alguns tipus de díodes s'utilitzen com a generadors en el rang de microones. Es tracta principalment de díodes de túnel i dispositius amb efecte Gunn.
Aquesta és només una breu descripció de les capacitats dels dispositius semiconductors de doble terminal. Amb un estudi profund de les propietats i característiques amb l'ajuda de díodes, és possible resoldre molts problemes assignats als desenvolupadors d'equips electrònics.
Articles semblants:
