Princip činnosti a rozsah polovodičových diod

V našich obvodech velmi často používáme diody, ale víte, jak fungují a co to je? Dnes „rodina“ diod zahrnuje více než tucet polovodičových zařízení nazývaných „dioda“. Dioda je malá nádoba s evakuovaným vzduchem, uvnitř které je v krátké vzdálenosti od sebe anoda a druhá elektroda – katoda, z nichž jedna má elektrickou vodivost typu p a druhá – n. Abychom si představili, jak dioda funguje, vezměme si jako příklad situaci nafouknutí kola pomocí pumpy. Zde pracujeme s pumpou, vzduch je do komory čerpán přes vsuvku, ale tento vzduch nemůže unikat zpět vsuvkou. Vzduch je v podstatě stejný elektron v diodě, do kterého vstoupil elektron, ale již není možné se dostat zpět. Pokud vsuvka náhle selže, kolo se vyfoukne a dojde k poruše diody. A pokud si představíme, že naše bradavka funguje správně, a pokud stiskneme kolíček bradavky, aby se uvolnil vzduch z komory, a budeme mačkat, jak chceme a jak dlouho, bude to řízené selhání. Z toho můžeme usoudit, že diodou prochází proud pouze jedním směrem (prochází i opačným směrem, ale velmi malý Vnitřní odpor diody (otevřený) není konstantní, závisí na přivedeném propustném napětí). k diodě. Čím vyšší je toto napětí, tím větší je propustný proud diodou, tím nižší je její propustný odpor. Odpor diody můžete posoudit podle úbytku napětí na ní a proudu, který prochází. Pokud tedy například diodou protéká stejnosměrný proud Ipr. = 100 mA (0,1 A) a zároveň na ní klesne napětí o 1V, pak (podle Ohmova zákona) bude propustný odpor diody: R = 1 / 0,1 = 10 Ohmů. Hned poznamenám, že nepůjdeme do detailů a půjdeme do hloubky, kreslíme grafy, píšeme vzorce – na vše se podíváme povrchně. V tomto článku budeme zvažovat typy diod, jmenovitě LED, zenerovy diody, varikapy, Schottkyho diody atd.

Diody

Na diagramech jsou vyznačeny takto: Trojúhelníková část je ANODA a pomlčka je katoda. Anoda je plus, katoda je mínus. Diody se například používají v napájecích zdrojích k usměrnění střídavého proudu pomocí diodového můstku, střídavý proud lze přeměnit na stejnosměrný proud, používají se k ochraně různých zařízení před nesprávnou polaritou spínání atd. Diodový můstek se skládá z 4 diody, které jsou zapojeny do série, se dvěma Diody těchto čtyř jsou zapojeny zády k sobě, podívejte se na obrázky níže. Přesně takto se označuje diodový můstek, i když v některých obvodech je označen jako zkrácená verze: Závěr ~ připojený k transformátoru, ve schématu to bude vypadat takto: Diodový můstek je určen k přeměně, častěji říkají, k usměrnění střídavého proudu na stejnosměrný proud. Tento typ usměrnění se nazývá celovlnné usměrnění. Princip činnosti diodového můstku spočívá v průchodu kladné půlvlny střídavého napětí kladnými diodami a odříznutí záporné půlvlny zápornými diodami. Proto se na výstupu usměrňovače tvoří mírně pulzující kladné napětí s konstantní hodnotou. Aby se zabránilo těmto pulzacím, jsou instalovány elektrolytické kondenzátory. po přidání kondenzátoru se napětí mírně zvýší, ale nenechme se rozptylovat, o kondenzátorech si můžete přečíst zde. Diodové můstky se používají k napájení rádiových zařízení a používají se v napájecích zdrojích a nabíječkách. Jak jsem již řekl, diodový můstek může být tvořen čtyřmi stejnými diodami, ale prodávají se i hotové diodové můstky, vypadají takto:

Schottkyho dioda

Schottkyho diody mají velmi nízký úbytek napětí a jsou rychlejší než konvenční diody. Nedoporučuje se instalovat běžnou diodu místo Schottkyho diody, běžná dioda může rychle selhat. Taková dioda je ve schématech označena následovně:

Zenerova dioda

Zenerova dioda zabraňuje tomu, aby napětí v určité části obvodu překročilo určitou prahovou hodnotu. Může plnit jak ochranné, tak omezující funkce, fungují pouze ve stejnosměrných obvodech. Při zapojování je třeba dbát na polaritu. Zenerovy diody stejného typu lze zapojit do série pro zvýšení stabilizovaného napětí nebo vytvořit dělič napětí. Zenerovy diody ve schématech jsou označeny takto: Hlavním parametrem zenerových diod je stabilizační napětí zenerovy diody mají různá stabilizační napětí, například 3V, 5V, 8.2V, 12V, 18V atd.

Varicap

Varikap (neboli kapacitní dioda) mění svůj odpor v závislosti na napětí, které je na něj aplikováno. Používá se jako řízený proměnný kondenzátor např. pro ladění vysokofrekvenčních oscilačních obvodů.

Tyristor

Tyristor má dva stabilní stavy: 1) uzavřený, to znamená stav nízké vodivosti, 2) otevřený, tedy stav vysoké vodivosti. Jinými slovy, je schopen přecházet z uzavřeného stavu do otevřeného stavu pod vlivem signálu. Tyristor má tři vývody, kromě Anody a katody je zde ještě řídící elektroda – slouží k přepínání tyristoru do zapnutého stavu. Moderní importované tyristory jsou k dispozici také v pouzdrech TO-220 a TO-92. Tyristory se často používají v obvodech pro regulaci výkonu, pro plynulé spouštění motorů nebo rozsvícení žárovek. Tyristory umožňují řídit velké proudy. U některých typů tyristorů dosahuje maximální propustný proud 5000 A nebo více a hodnota napětí v sepnutém stavu je až 5 kV. Výkonné výkonové tyristory typu T143 (500-16) se používají v rozvaděčích elektromotorů a frekvenčních měničů.

triak

Triak se používá v systémech napájených střídavým napětím, lze si ho představit jako dva tyristory, které jsou zapojeny zády k sobě. Triak umožňuje proudění proudu v obou směrech.

Světelná dioda

LED dioda vydává světlo, když jí prochází elektrický proud. LED se používají v přístrojových zobrazovacích zařízeních, elektronických součástkách (optočlenech), mobilních telefonech pro podsvícení displeje a klávesnice, vysoce výkonné LED se používají jako zdroj světla v svítilnách atd. LED se dodávají v různých barvách, RGB atd. Označení na nákresech: Více o LED diodách si můžete přečíst zde.

Infračervená dioda

Infračervené LED (zkráceně IR diody) vyzařují světlo v infračerveném rozsahu. Oblasti použití infračervených LED jsou optické přístroje, zařízení pro dálkové ovládání, optočlenové spínací zařízení a bezdrátové komunikační linky. IR diody jsou označeny stejně jako LED. Infračervené diody vyzařují světlo mimo viditelný rozsah, záři IR diody lze vidět a prohlížet například kamerou mobilního telefonu, tyto diody se používají i v CCTV kamerách, zejména na pouličních kamerách, aby byl vidět obraz v noci.

Fotodioda

Fotodioda přeměňuje světlo dopadající na její fotocitlivou oblast na elektrický proud a používá se k přeměně světla na elektrický signál. Fotodiody (stejně jako fotorezistory, fototranzistory) lze přirovnat k solárním panelům. Na schématech jsou označeny takto:

Pokročilý Publikováno: 2012 0 1

Odměna, kterou jsem nasbíral 0 4

Ohodnoťte tento článek

• Technická gramotnost

Na samém počátku radiotechniky byla prvním aktivním prvkem elektronka. Ale již ve dvacátých letech minulého století se objevily první přístroje dostupné pro opakování radioamatérům a staly se velmi populárními. Jedná se o detektorové přijímače. Navíc byly vyráběny v průmyslovém měřítku, byly levné a poskytovaly příjem pro dvě nebo tři domácí rozhlasové stanice pracující v pásmech středních a dlouhých vln.

Právě v přijímačích detektorů bylo poprvé použito nejjednodušší polovodičové zařízení, zpočátku nazývané detektor a teprve později dostalo svůj moderní název – dioda.

Dioda je zařízení skládající se pouze ze dvou vrstev polovodiče. Jedná se o vrstvu „p“ – kladnou a vrstvu „n“ – zápornou. Na rozhraní dvou polovodičových vrstev, “pn“přechod. Anoda je oblast „p“ a katoda je oblast „n“. Jakákoli dioda je schopna vést proud pouze od anody ke katodě. Na schematických nákresech je označen následovně.

Jak funguje polovodičová dioda?

V polovodiči typu „n“ jsou volné elektrony, částice se znaménkem mínus a v polovodiči typu „p“ jsou ionty s kladným nábojem, obvykle se jim říká „díry“. Diodu připojíme ke zdroji v obráceném zapojení, to znamená, že na anodu přivedeme mínus a na katodu plus. Mezi náboji různých polarit dochází k přitažlivosti a kladně nabité ionty jsou přitahovány do mínusu a záporné elektrony driftují do plusu zdroje energie. V „pn“ přechodu nejsou žádné nosiče náboje a nedochází k žádnému pohybu elektronů. Žádný pohyb elektronů – žádný elektrický proud. Dioda je uzavřena.

Při přímém zapnutí diody dojde k opačnému procesu. V důsledku odpuzování unipolárních nábojů jsou všechny nosiče seskupeny v přechodové zóně mezi dvěma polovodičovými strukturami. Mezi částicemi vzniká elektrické přechodové pole a rekombinace elektronů a děr. Elektrický proud začne protékat „pn“ přechodem. Samotný proces se nazývá „vedení elektronovou dírou“. V tomto případě je dioda otevřená.

Nabízí se zcela přirozená otázka: jak lze získat struktury s různými vlastnostmi z jednoho polovodičového materiálu, tedy polovodiče typu „n“ a polovodiče typu „p“.

Toho lze dosáhnout pomocí elektrochemického procesu zvaného doping, tedy zaváděním nečistot z jiných kovů do polovodiče, které zajišťují požadovaný typ vodivosti. V elektronice se používají především tři polovodiče. Tento germanium (Ge)křemík (Si) a arsenid galia (GaAs). Křemík je samozřejmě nejrozšířenější, protože jeho zásoby v zemské kůře jsou skutečně obrovské, takže cena polovodičových součástek na bázi křemíku je velmi nízká.

Přidáním zanedbatelného množství arsenu (As) do křemíkové taveniny získáme polovodič typu „n“ a dopováním křemíku prvkem vzácných zemin indiem (In) získáme polovodič typu „p“. Existuje mnoho přísad pro doping polovodičových materiálů. Například zavedení atomů zlata do struktury polovodiče zvyšuje výkon diod, tranzistorů a integrovaných obvodů a přidání malého množství různých nečistot do krystalu arsenidu galia určuje barvu LED.

Typy diod a jejich rozsah.

Rodina polovodičových diod je velmi široká. Navenek jsou si velmi podobné, s výjimkou některých skupin, které se liší strukturou a řadou parametrů. Nejběžnější modifikace polovodičových diod jsou:

• Usměrňovací diody. Určeno pro usměrnění střídavého proudu.
• Zenerovy diody. Zajistěte stabilizaci výstupního napětí.