- Зміст статті
- Неполупроводніковие
- напівпровідникові
- Види діодів за розміром переходу
- Матеріали для виготовлення діодів
- Види діодів по частотному діапазону
- Області застосування діодів
- випрямні діоди
- діодні детектори
- обмежувальні пристрої
- діодні перемикачі
- диодная іскрозахист
- параметричні діоди
- змішувальні діоди
- помножувальні діоди
- настроювальні діоди
- генераторні діоди
- Види діодів за типом конструкції
- стабістори
- діоди Шотткі
- варикапи
- тунельні діоди
- тиристори
- сімістори
- діністори
- діодні мости
- фотодіоди
- світлодіоди
- інфрачервоні діоди
- діоди Ганна
- Магнітодіоди
- лазерні діоди
- Лавинні і лавинно-пролітні діоди
- PIN-діоди
- тріоди
- маркування діодів
діод - електронний прилад з двома (іноді трьома) електродами, що володіє однобічну провідність. Електрод, підключений до позитивного полюса приладу, називають анодом, до негативного - катодом. Якщо до котла докладено пряме напруга, то він знаходиться у відкритому стані, при якому опір мало, а струм протікає безперешкодно. Якщо прикладається зворотна напруга, прилад, завдяки високому опору, є закритим. Зворотний струм присутній, але він настільки малий, що умовно приймається рівним нулю.
Зміст статті
Загальна класифікація
Діоди діляться на великі групи - неполупроводніковие і напівпровідникові.
Неполупроводніковие
Однією з найбільш давніх різновидів є лампові (електровакуумні) діоди. Вони являють собою радіолампи з двома електродами, один з яких нагрівається ниткою розжарення. У відкритому стані з поверхні нагрівається катода заряди рухаються до анода. При протилежному напрямку поля прилад переходить в закриту позицію і ток практично не пропускає.
Ще одні вид неполупроводнікових приладів - газонаповнені, з яких сьогодні використовуються тільки моделі з дуговим розрядом. Газотрони (прилади з термокатодом) наповнюються інертними газами, ртутними парами або парами інших металів. Спеціальні оксидні аноди, використовувані в газонаповнених діодах, здатні витримувати високі навантаження по струму.
напівпровідникові
В основі напівпровідникових приладів лежить принцип pn переходу. Існує два типи напівпровідників - p-типу і n-типу. Для напівпровідників p-типу характерний надлишок позитивних зарядів, n-типу - надлишок негативних зарядів (електронів). Якщо напівпровідники цих двох типів знаходяться поруч, то біля розділяє їх межі розташовуються дві вузькі заряджені області, які називаються pn переходом. Такий прилад з двома типами напівпровідників з різною примесной провідністю (або напівпровідника і металу) і pn-переходом називається напівпровідниковим діодом. Саме напівпровідникові діодні пристрої найбільш затребувані в сучасних апаратах різного призначення. Для різних областей застосування розроблено безліч модифікацій таких приладів.
напівпровідникові діоди
Види діодів за розміром переходу
За розмірами і характером pn переходу розрізняють три види приладів - площинні, точкові і мікросплавние.
Площинні деталі представляють одну напівпровідникову пластину, в якій є дві області з різною примесной провідністю. Найбільш популярні вироби з германію і кремнію. Переваги таких моделей - можливість експлуатації при значних прямих токах, в умовах високої вологості. Через високу бар'єрної ємності вони можуть працювати тільки з низькими частотами. Їх головні сфери застосування - випрямлячі змінного струму, що встановлюються в блоках харчування. Ці моделі називаються випрямними .
Точкові діоди мають вкрай малу площу pn переходу і пристосовані для роботи з малими струмами. Називаються високочастотними, оскільки використовуються в основному для перетворення модульованих коливань значною частоти.
Мікросплавние моделі отримують шляхом сплаву монокристалів напівпровідників p-типу і n-типу. За принципом дії такі прилади - площинні, але за характеристиками вони аналогічні точковим.
Матеріали для виготовлення діодів
При виробництві діодів використовуються кремній, германій, арсенід галію, фосфід індію, селен. Найбільш поширеними є перші три матеріалу.
Очищений кремній - відносно недорогий і простий в обробці матеріал, який має найбільш широке поширення. Кремнієві діоди є прекрасними моделями загального призначення. Їх напруга зсуву - 0,7 В. У германієвих діодах ця величина складає 0,3 В. Німеччин - більш рідкісний і дорогий матеріал. Тому германієві прилади використовуються в тих випадках, коли кремнієві пристрої не можуть ефективно впоратися з технічним завданням, наприклад в малопотужних і прецизійних електроланцюгах.
Види діодів по частотному діапазону
За робочій частоті діоди діляться на:
- Низькочастотні - до 1 кГц.
- високочастотні і надвисокочастотні - до 600 мГц. На таких частотах в основному використовуються пристрої точкового виконання. Ємність переходу повинна бути невисокою - не більше 1-2 пФ. Ефективні в широкому діапазоні частот, в тому числі низькочастотному, тому є універсальними.
- імпульсні діоди використовуються в ланцюгах, в яких важливим чинником є висока швидкодія. За технологією виготовлення такі моделі поділяють на точкові, сплавні, зварні, дифузні.
Області застосування діодів
Сучасні виробники пропонують широкий асортимент діодів, адаптованих для використання в особливих умовах.
випрямні діоди
Ці пристрої служать для випрямлення синусоїди змінного струму. Їх принцип дії грунтується на властивості пристрою переходити в закритий стан при зворотному зміщенні. В результаті роботи діодного приладу відбувається зрізання негативних напівхвиль синусоїди струму. За потужністю розсіювання, яка залежить від найбільшого дозволеного прямого струму, випрямні діоди ділять на три типи - малопотужні, середньої потужності, потужні.
- Слабкострумові діоди можуть використовуватися в ланцюгах, в яких величина струму не перевищує 0,3 А. Вироби відрізняються малою масою і компактними габаритами, оскільки їх корпус виготовляється з полімерних матеріалів.
- Діоди середньої потужності можуть працювати в діапазоні струмів 0,3-10,0 А. В більшості випадків вони мають металевий корпус і жорсткі висновки. Проводять їх в основному з очищеного кремнію. З боку катода виготовляється різьблення для фіксації на тепловідвідними радіаторі.
- Потужні (силові) діоди працюють в ланцюгах з струмом більше 10 А. Їх корпуси виготовляють з металокераміки і металлостекла. Конструктивне виконання - штирьове або пігулок. Виробники пропонують моделі, розраховані на струми до 100 000 А і напругу до 6 кВ. Виготовляються в основному з кремнію.
діодні детектори
Такі пристрої отримують комбінацією в схемі діодів з конденсаторами. Вони призначені для виділення низьких частот з модульованих сигналів. Присутні в більшості апаратів побутового застосування - радіоприймачах і телевізорах. Як детектори випромінювання використовуються фотодіоди, що перетворюють світло, що потрапляє на світлочутливу область, в електричний сигнал.
обмежувальні пристрої
Захист від перевантаження забезпечує ланцюжок з декількох діодів, які підключають до живильних шинам в зворотному напрямку. При дотриманні стандартного робочого режиму все діоди закриті. Однак при виході напруги понад допустиму призначення спрацьовує один із захисних елементів.
діодні перемикачі
Перемикачі, що представляють собою комбінацію діодів, які застосовуються для миттєвої зміни високочастотних сигналів. Така система управляється постійним електричним струмом. Високочастотний і керуючі сигнали поділяють за допомогою конденсаторів і індуктивностей.
диодная іскрозахист
Ефективну іскрозахист створюють за допомогою комбінування шунт-діодного бар'єру, що обмежує напругу, з струмообмежувальні резистори.
параметричні діоди
Використовуються в параметричних підсилювачах, які є підвидом резонансних регенеративних підсилювачів. Принцип роботи заснований на фізичному ефекті, який полягає в тому, що під час вступу на нелінійну ємність різночастотних сигналів частина потужності одного сигналу можна направити на зростання потужності іншого сигналу. Елементом, призначеним для утримання нелінійної ємності, і є параметричний діод.
змішувальні діоди
Змішувальні пристрої використовуються для трансформації надвисокочастотних сигналів в сигнали проміжної частоти. Трансформація сигналів здійснюється, завдяки нелінійності параметрів змішувача діода. Як змішувальних СВЧ-діодів використовуються прилади з бар'єром Шотткі, варикапи, звернені діоди, діоди Мотта.
помножувальні діоди
Ці СВЧ пристрої використовуються в помножувачах частоти. Вони можуть працювати в дециметровому, сантиметровому, міліметровому діапазонах довжин хвиль. Як правило, в якості умножительних приладів використовуються кремнієві і арсенід-галієві пристрої, часто - з ефектом Шотткі.
настроювальні діоди
Принцип роботи настроювальних діодів заснований на залежності бар'єрної ємності pn переходу від величини зворотної напруги. Як настроювальних використовуються прилади кремнієві і арсенід-галієві. Ці деталі застосовують в пристроях перебудови частоти в надчастотних діапазоні.
генераторні діоди
Для генерації сигналів в надвисокочастотному діапазоні затребувані пристрої двох основних типів - лавинно-пролітні і діоди Ганна. Деякі генераторні діоди за умови включення в певному режимі можуть виконувати функції умножительних пристроїв.
Види діодів за типом конструкції
Стабілітрони (діоди Зенера)
Ці пристрої здатні зберігати робочі характеристики в режимі електричного пробою. У низьковольтних пристроях (напруга до 5,7 В) використовується тунельний пробій, в високовольтних - лавинний. Стабілізацію невисоких напружень забезпечують стабістори.
стабістори
Стабіістор, або нормістор, - це напівпровідниковий діод, в якому для стабілізації напруги використовується пряма гілка вольт-амперної характеристики (тобто в області прямого зміщення напруга на стабисторов слабо залежить від струму). Відмінною особливістю стабисторов в порівнянні зі стабілітронами є меншу напругу стабілізації (приблизно 0,7-2 V).
діоди Шотткі
Пристрої, що застосовуються в якості випрямних, умножительних, настроювальних, працюють на базі контакту метал-напівпровідник. Конструктивно вони являють собою пластини з низкоомного кремнію, на які наноситься високоомних плівка з тим же типом провідності. На плівку вакуумним способом напилюється металевий шар.
варикапи
Варикапи виконують функції ємності, величина якої змінюється зі зміною напруги. Основна характеристика цього приладу - вольт-фарадні.
тунельні діоди
Ці напівпровідникові діоди мають падаючу ділянку на вольтамперної характеристиці, що виникає через тунельного ефекту. Модифікація тунельного пристрої - звернений діод, в якому гілка негативного опору виражена мало або відсутня. Зворотній гілка зверненого діода відповідає прямої гілки традиційного діодного пристрою.
тиристори
На відміну від звичайного діода, тиристор, крім анода і катода, має третій керуючий електрод. Для цих моделей характерні два стійких стану - відкрите і закрите. По пристрою ці деталі поділяють на діністори, тріністори, сімістори. При виробництві цих виробів в основному використовується кремній.
сімістори
Сімістори (симетричні тиристори) - це різновид тиристора, використовується для комутації в ланцюгах змінного струму. На відміну від тиристора, що має катод і анод, основні (силові) висновки сімістора називати катодом або анодом некоректно, тому що в силу структури симистора вони є тим і іншим одночасно. Симистор залишається відкритим, поки що протікає через основні висновки ток перевищує деяку величину, звану струмом утримання.
діністори
Діністоров, або доданими тиристором, називається пристрій, що не містить керуючих електродів. Замість цього вони управляються напругою, прикладеним між основними електродами. Їх основне застосування - управління потужної навантаженням за допомогою слабких сигналів. Також діністори використовують при виготовленні перемикаючих пристроїв.
діодні мости
Це 4, 6 або 12 діодів, які з'єднуються між собою. Число доданих елементів визначається типом схеми, яка буває - однофазної, трифазної, повно-або полумостовой. Мости виконують функцію випрямлення струму. Часто використовуються в автомобільних генераторах.
фотодіоди
Призначені для перетворення світлової енергії в електричний сигнал. За принципом роботи аналогічні сонячним батареям.
світлодіоди
Ці пристрої при підключенні до електричного струму випромінюють світло. Світлодіоди, що мають широку кольорову гаму світіння і потужність, застосовуються в якості індикаторів в різних приладах, випромінювачів світла в оптронах, використовуються в мобільних телефонах для підсвічування клавіатури. Прилади високої потужності затребувані в якості сучасних джерел світла в ліхтарях.
інфрачервоні діоди
Це різновид світлодіодів, що випромінює світло в інфрачервоному діапазоні. Застосовується в безкабельного лініях зв'язку, КВП, апаратах дистанційного керування, в камерах відеоспостереження для огляду території в нічний час доби. Інфрачервоні випромінювальні пристрої генерують світло в діапазоні, який не доступний людському погляду. Виявити його можна за допомогою фотокамери мобільного телефону.
діоди Ганна
Цей різновид надчастотних діодів виготовляється з напівпровідникового матеріалу зі складною структурою зони провідності. Зазвичай при виробництві цих пристроїв використовується арсенід галію електронної провідності. У цьому приладі немає pn переходу, тобто характеристики пристрою є власними, а не виникають на кордоні з'єднання двох різних напівпровідників.
Магнітодіоди
В таких приладах ВАХ змінюється під дією магнітного поля. Пристрої використовуються в безконтактних кнопках, призначених для введення інформації, датчиках руху, приладах контролю і вимірювання неелектричних величин.
лазерні діоди
Ці пристрої, що мають складну структуру кристала і складний принцип дії, дають рідкісну можливість генерувати лазерний промінь в побутових умовах. Завдяки високій оптичної потужності і широким функціональним можливостям, прилади ефективні в високоточних вимірювальних приладах побутового, медичного, наукового застосування.
Лавинні і лавинно-пролітні діоди
Принцип дії пристроїв полягає в лавину розмноженні носіїв заряду при зворотному зміщенні pn переходу і їх подоланні прогонової простору за певний часовий проміжок. В якості вихідних матеріалів використовуються арсенід галію або кремній. Прилади в основному призначаються для отримання надвисокочастотних коливань.
PIN-діоди
PIN-пристрої між p- і n-областями мають власний нелегований напівпровідник (i-область). Широка нелегована область не дозволяє використовувати цей прилад як випрямляча. Однак зате PIN-діоди широко застосовуються в якості змішувальних, детекторних, параметричних, перемикальних, обмежувальних, настроювальних, генераторних.
тріоди
Тріоди - це електронні лампи. Він має три електроди: термоелектронний катод (прямого або непрямого напруження), анод і сітку. Сьогодні тріоди практично повністю витіснені напівпровідниковими транзисторами. Виняток становлять області, де потрібно перетворення сигналів з частотою порядку сотень МГц - ГГц високої потужності при невеликій кількості активних компонентів, а габарити і маса не мають великого значення.
маркування діодів
Маркування напівпровідникових діодних пристроїв включає цифри та літери:
- Перша буква характеризує вихідний матеріал. Наприклад, К - кремній, Г - германій, А - арсенід галію, І - фосфід індію.
- Друга літера - клас або група діода.
- Третій елемент, зазвичай цифровий, позначає застосування і електричні властивості моделі.
- Четвертий елемент - буквений (від А до Я), що позначає варіант розробки.
Приклад: КД202К - кремнієвий випрямний дифузійний діод.
Анатолій Мельник
Спеціаліст в галузі радіоелектроніки та електронних компонентів. Консультант з підбору деталей в компанії радіоелемент.