Halvlederdioder er mye brukt i elektronikk og elektronikkindustrien. De brukes både uavhengig og som et p-n-kryss av transistorer og mange andre enheter. Som en diskret komponent er dioder en nøkkeldel av mange elektroniske kretser. De finner mange applikasjoner, alt fra laveffektapplikasjoner til likerettere.
Hva er en diode?
Oversatt fra gresk betyr navnet på dette elektroniske elementet bokstavelig t alt "to terminaler". De kalles anode og katode. I en krets flyter strømmen fra anoden til katoden. Halvlederdioden er et ensidig element og strømmen i motsatt retning er blokkert.
Driftsprinsipp
Enheten til halvlederdioder er veldig annerledes. Dette er grunnen til at det er mange typer av dem, som er forskjellige både i pålydende verdi og i funksjonene de utfører. Men i de fleste tilfeller det grunnleggende prinsippetdriften av halvlederdioder er den samme. De inneholder et p-n-kryss, som gir grunnleggende funksjonalitet.
Dette begrepet brukes vanligvis i referanse til standardformen til en diode. Faktisk gjelder det nesten alle typer av dem. Dioder utgjør ryggraden i den moderne elektronikkindustrien. Alt – fra enkle elementer og transistorer til moderne mikroprosessorer – er basert på halvledere. Prinsippet for drift av en halvlederdiode er basert på egenskapene til halvledere. Teknologien er basert på en gruppe materialer, hvis innføring av urenheter i krystallgitteret gjør det mulig å oppnå områder der hull og elektroner er ladningsbærere.
P-n-kryss
P-n-type diode har fått navnet sitt fordi den bruker et p-n-kryss som lar strømmen flyte i bare én retning. Elementet har andre egenskaper som også er mye brukt. Halvlederdioder kan for eksempel sende ut og detektere lys, endre kapasitans og regulere spenning.
P-n-kryss er en grunnleggende halvlederstruktur. Som navnet antyder, er det et kryss mellom p- og n-type regioner. Overgangen lar ladebærere bevege seg i kun én retning, noe som for eksempel gjør det mulig å konvertere vekselstrøm til likestrøm.
Standarddioder er vanligvis laget av silisium, selv om germanium og andre halvledermaterialer også brukes, hovedsakelig til spesielle formål.
Volt-amperekarakteristikk
Dioden kjennetegnes av en strøm-spenningskurve, som kan deles inn i 2 grener: forover og bakover. I motsatt retning er lekkasjestrømmen nær 0, men med økende spenning øker den sakte, og når sammenbruddsspenningen er nådd, begynner den å øke kraftig. I retning forover stiger strømmen raskt med påført spenning over ledningsterskelen, som er 0,7 V for silisiumdioder og 0,4 V for germanium. Celler som bruker forskjellige materialer har forskjellige volt-ampere-karakteristikk og ledningsterskel- og sammenbruddsspenninger.
P-n-junction-dioden kan betraktes som en enhet på basisnivå. Den er mye brukt i mange applikasjoner, alt fra signalkretser og detektorer til begrensere eller transientdempere i induksjons- eller reléspoler og høyeffektlikerettere.
Funksjoner og parametere
Diodespesifikasjoner gir mye data. Det er imidlertid ikke alltid presise forklaringer på hva de er tilgjengelige. Nedenfor er detaljene for de forskjellige egenskapene og parametrene til dioden, som er gitt i spesifikasjonene.
halvledermateriale
Materialet som brukes i p-n-kryss er av største betydning fordi det påvirker mange av de grunnleggende egenskapene til halvlederdioder. Silisium er den mest brukte på grunn av sin høye effektivitet og lave produksjonskostnader. En annen ofte bruktgrunnstoffet er germanium. Andre materialer brukes vanligvis i dioder for spesielle formål. Valget av halvledermateriale er viktig fordi det bestemmer terskelen for ledning - ca. 0,6 V for silisium og 0,3 V for germanium.
Spenningsfall i likestrømsmodus (U pr.)
Enhver elektrisk krets som strøm går gjennom forårsaker et spenningsfall, og denne parameteren til en halvlederdiode er av stor betydning, spesielt for likeretting, når strømtapene er proporsjonale med U ave. I tillegg må elektroniske komponenter ofte gi et lite spenningsfall, fordi signalene kan være svake, men de må fortsatt overvinne det.
Dette skjer av to grunner. Den første ligger i selve p-n-krysset og er resultatet av en ledningsterskelspenning som lar strøm krysse utarmingslaget. Den andre komponenten er det normale resistive tapet.
Indikatoren er av stor betydning for likeretterdioder, som kan føre store strømmer.
Paks reversspenning (U arr. maks.)
Dette er den høyeste reversspenningen som en halvlederdiode tåler. Den må ikke overskrides, ellers kan elementet svikte. Det er ikke bare RMS-spenningen til inngangssignalet. Hver krets må vurderes på sine fordeler, men for en enkel enkelt halvbølge likeretter med en utjevningskondensator, husk at kondensatoren vil holde en spenning lik toppen av inngangensignal. Dioden vil da bli utsatt for toppen av det innkommende signalet i motsatt retning, og derfor vil det under disse forholdene være en maksimal reversspenning lik toppverdien til bølgen.
Maksimal foroverstrøm (U pr. maks)
Når du designer en elektrisk krets, sørg for at de maksimale diodestrømnivåene ikke overskrides. Når strømmen øker, genereres det tilleggsvarme som må fjernes.
Lekkasjestrøm (I arr.)
I en ideell diode bør det ikke være reversstrøm. Men i ekte p-n-kryss skyldes det tilstedeværelsen av minoritetsladningsbærere i halvlederen. Mengden lekkasjestrøm avhenger av tre faktorer. Den mest betydningsfulle av disse er åpenbart reversspenningen. Også lekkasjestrømmen avhenger av temperaturen - med veksten øker den betydelig. I tillegg er det svært avhengig av typen halvledermateriale. I denne forbindelse er silisium mye bedre enn germanium.
Lekkasjestrøm bestemmes ved en viss reversspenning og en viss temperatur. Det er vanligvis spesifisert i mikroampere (ΜA) eller picoamps (pA).
Overgangskapasitans
Alle halvlederdioder har koblingskapasitans. Uttømmingssonen er en dielektrisk barriere mellom to plater som dannes ved kanten av utarmingsområdet og området med de fleste ladningsbærere. Den faktiske kapasitansverdien avhenger av reversspenningen, noe som fører til en endring i overgangssonen. Økningen utvider utarmingssonen og følgelig,reduserer kapasiteten. Dette faktum utnyttes i varaktorer eller varicaps, men for andre applikasjoner, spesielt RF-applikasjoner, må denne effekten minimeres. Parameteren er vanligvis spesifisert i pF ved en gitt spenning. Spesielle lavmotstandsdioder er tilgjengelige for mange RF-applikasjoner.
Case Type
Avhengig av formålet produseres halvlederdioder i pakker av ulike typer og fasonger. I noen tilfeller, spesielt når den brukes i signalbehandlingskretser, er pakken et nøkkelelement for å bestemme de generelle egenskapene til det elektroniske elementet. I strømkretser hvor varmespredning er viktig, kan pakken bestemme mange av de generelle parametrene til en diode. Høyeffektsenheter må kunne festes til en kjøleribbe. Mindre gjenstander kan produseres i blyetui eller som overflatemonteringsenheter.
Typer av dioder
Noen ganger er det nyttig å sette seg inn i klassifiseringen av halvlederdioder. Noen varer kan imidlertid tilhøre flere kategorier.
Reversert diode. Selv om det ikke er så mye brukt, er det en type p-n-type element, som i sin handling er veldig lik tunnelen. Har lavt spenningsfall i tilstanden. Finner bruk i detektorer, likerettere og høyfrekvensbrytere.
Injection transit diode. Den har mye til felles med den mer vanlige snøskredflygingen. Brukes i mikrobølgegeneratorer og alarmsystemer.
Diode Gunn. Den tilhører ikke p-n-typen, men er en halvlederenhet med to terminaler. Den brukes ofte til å generere og konvertere mikrobølgesignaler i området 1-100 GHz.
Lysemitterende eller LED er en av de mest populære typene elektroniske komponenter. Ved forspenning fremover fører strømmen som flyter gjennom krysset til at lys sendes ut. De bruker sammensatte halvledere (f.eks. galliumarsenid, galliumfosfid, indiumfosfid) og kan lyse i en rekke farger, selv om de opprinnelig var begrenset til kun rødt. Det er mange nye utviklinger som endrer måten skjermer fungerer og produseres på. OLED er et eksempel.
Fotodiode. Brukes til å oppdage lys. Når et foton treffer et p-n-kryss, kan det lage elektroner og hull. Fotodioder fungerer vanligvis under omvendte forspenningsforhold, der selv små strømmer generert av lys lett kan oppdages. Fotodioder kan brukes til å generere elektrisitet. Noen ganger brukes pin-type elementer som fotodetektorer.
Pin-diode. Navnet på det elektroniske elementet beskriver brønnen enheten til en halvlederdiode. Den har standard p- og n-type regioner, men det er en indre region uten urenheter mellom dem. Det har effekten av å øke arealet av uttømmingsområdet, noe som kan være nyttig for å bytte, så vel som i fotodioder, etc.
Standard p-n-kryss kan betraktes som en normaleller standard type diode som er i bruk i dag. De kan brukes i RF eller andre lavspenningsapplikasjoner, så vel som likerettere med høy spenning og høy effekt.
Schottky-dioder. De har et lavere spenningsfall fremover enn standard p-n-type silisiumhalvledere. Ved lave strømmer kan det være fra 0,15 til 0,4 V, og ikke 0,6 V, som med silisiumdioder. For å gjøre dette er de ikke laget som vanlig - de bruker en metall-halvlederkontakt. De er mye brukt som begrensere, likerettere og i radioutstyr.
Diode med ladeakkumulering. Det er en type mikrobølgediode som brukes til å generere og forme pulser ved svært høye frekvenser. Driften er basert på en veldig rask utløsningskarakteristikk.
Laserdiode. Det skiller seg fra vanlig lys som sender ut sammenhengende lys. Laserdioder brukes i mange enheter, fra DVD- og CD-stasjoner til laserpekere. De er mye billigere enn andre former for lasere, men betydelig dyrere enn LED. De har begrenset levetid.
Tunneldiode. Selv om det ikke er mye brukt i dag, ble det tidligere brukt i forsterkere, oscillatorer og koblingsenheter, oscilloskoptidskretser, da det var mer effektivt enn andre elementer.
Varactor or varicap. Brukes i mange RF-enheter. For denne dioden endrer omvendt forspenning bredden på uttømmingslaget avhengig av påført spenning. I denne konfigurasjonenfungerer som en kondensator med et uttømmingsområde som fungerer som et isolerende dielektrikum og plater dannet av de ledende områdene. Brukes i spenningsstyrte oscillatorer og RF-filtre.
Zener-diode. Det er en veldig nyttig type diode da den gir en stabil referansespenning. På grunn av dette brukes zenerdioden i store mengder. Den fungerer under omvendt skjevhet og bryter gjennom når en viss potensiell forskjell er nådd. Hvis strømmen begrenses av en motstand, gir dette en stabil spenning. Mye brukt for å stabilisere strømforsyninger. Det er 2 typer omvendt sammenbrudd i zenerdioder: Zener-dekomponering og slagionisering.
Dermed inkluderer ulike typer halvlederdioder elementer for lav- og høyeffektapplikasjoner, som sender ut og detekterer lys, med lavt foroverspenningsfall og variabel kapasitans. I tillegg til dette er det en rekke varianter som brukes i mikrobølgeteknologi.
