Kaj je dioda?

Dioda je dvopolna elektronska komponenta, omejuje pretok tok v eni smeri in mu omogoča prost pretok v nasprotno smer. Ima veliko uporab v elektronskih vezjih in se lahko uporablja za izdelavo usmernikov, inverterjev in generatorjev.

V tem članku bomo vzeli pogled kaj je dioda in kako deluje. Ogledali si bomo tudi nekatere njegove običajne uporabe v elektronskih vezjih. Pa začnimo!

Kako deluje dioda?

Dioda je elektronska naprava, ki omogoča tok mora teči v eno smer. Običajno jih najdemo v električnih tokokrogih. Delujejo na podlagi polprevodniškega materiala, iz katerega so izdelani, ki je lahko tipa N ali P. Če je dioda N-tipa, bo prepuščala tok le, če bo napetost uporabljena v isti smeri kot puščica na diodi, medtem ko bodo diode tipa P prepuščale tok le, če bo napetost uporabljena v nasprotni smeri puščice.

Polprevodniški material omogoča pretok toka in ustvarjaobmočje izčrpavanja', to je območje, kjer so elektroni prepovedani. Po uporabi napetosti območje izčrpanosti doseže oba konca diode in omogoči tok, da teče skozi njo. Ta postopek se imenuje "pristranskost naprej".

Če je na obratno polprevodniški material, obratna prednapetost. To bo povzročilo, da se bo območje izčrpanosti razširilo samo z enega konca terminala in ustavilo tok. To je zato, ker če bi napetost uporabili po isti poti kot puščica na polprevodniku tipa P, bi polprevodnik tipa P deloval kot polprevodnik tipa N, ker bi omogočil premikanje elektronov v nasprotni smeri njegove puščice.

Tok diode

Za kaj se uporabljajo diode?

Diode se uporabljajo za Pretvorba enosmernega toka v izmenični tok, medtem ko blokira obratno prevajanje električnih nabojev. To glavno komponento lahko najdemo tudi v zatemnilnikih, električnih motorjih in sončnih kolektorjih.

Diode se uporabljajo v računalnikih za Varnost računalniške elektronske komponente pred poškodbami zaradi prenapetosti. Zmanjšajo ali blokirajo napetost, ki presega napetost, ki jo zahteva stroj. Prav tako zmanjša porabo energije računalnika, prihrani energijo in zmanjša toploto, ki nastane v napravi. Diode se uporabljajo v vrhunskih napravah, kot so pečice, pomivalni stroji, mikrovalovne pečice in pralni stroji. V teh napravah se uporabljajo za zaščito pred škoda zaradi napetostnih sunkov, ki jih povzročajo izpadi električne energije.

Uporaba diod

• popravek
• Kot stikalo
• Izolacijsko vezje vira
• Kot referenčna napetost
• Frekvenčni mešalnik
• Zaščita proti povratnemu toku
• Zaščita pred obratno polarnostjo
• Prenapetostna zaščita
• AM detektor ovojnice ali demodulator (diodni detektor)
• Kot vir svetlobe
• V vezju senzorja pozitivne temperature
• V vezju senzorja svetlobe
• Sončna baterija ali fotovoltaična baterija
• Kot strižnik
• Kot zadrževalnik

Zgodovina diode

Beseda "dioda" izvira iz Греческий beseda "diodous" ali "diodos". Namen diode je omogočiti pretok elektrike samo v eno smer. Diodo lahko imenujemo tudi elektronski ventil.

Ugotovljeno je bilo Henry Joseph Round s svojimi poskusi z elektriko leta 1884. Ti poskusi so bili izvedeni z uporabo vakuumske steklene cevi, znotraj katere so bile na obeh koncih kovinske elektrode. Katoda ima ploščo s pozitivnim nabojem, anoda pa ploščo z negativnim nabojem. Ko je tok šel skozi cev, bi zasvetila, kar pomeni, da energija teče skozi vezje.

Kdo je izumil diodo

Čeprav je prvo polprevodniško diodo leta 1906 izumil John A. Fleming, jo pripisujejo Williamu Henryju Priceu in Arthurju Schusterju, da sta leta 1907 neodvisno izumila napravo.

William Henry Preece in Arthur Schuster

Vrste diod

• Majhna signalna dioda
• Velika signalna dioda
• Zenerjeva dioda
• svetleča dioda (LED)
• DC diode
• Schottky dioda
• Shockleyjeva dioda
• Stopenjske obnovitvene diode
• Tunelska dioda
• Varaktorska dioda
• laserska dioda
• Dioda za dušenje prehodnih pojavov
• Zlato dopirane diode
• Super barierne diode
• Peltier dioda
• kristalna dioda
• Lavinska dioda
• Silicijev krmiljeni usmernik
• Vakuumske diode
• PIN-dioda
• kontaktna točka
• Dioda Hanna

Majhna signalna dioda

Majhna signalna dioda je polprevodniška naprava z zmožnostjo hitrega preklopa in nizkim padcem napetosti prevodnosti. Zagotavlja visoko stopnjo zaščite pred poškodbami zaradi elektrostatične razelektritve.

Velika signalna dioda

Velika signalna dioda je vrsta diode, ki prenaša signale na višji ravni moči kot majhna signalna dioda. Velika signalna dioda se običajno uporablja za pretvorbo AC v DC. Velika signalna dioda bo prenašala signal brez izgube moči in je cenejša od elektrolitskega kondenzatorja.

Ločevalni kondenzator se pogosto uporablja v kombinaciji z veliko signalno diodo. Uporaba te naprave vpliva na prehodni odzivni čas vezja. Ločevalni kondenzator pomaga omejiti nihanja napetosti, ki jih povzročajo spremembe impedance.

Zenerjeva dioda

Zener dioda je posebna vrsta, ki bo prevajala elektriko samo v območju neposredno pod neposrednim padcem napetosti. To pomeni, da ko je en priključek zener diode pod napetostjo, to omogoča, da se tok premakne z drugega priključka na priključek pod napetostjo. Pomembno je, da se ta naprava pravilno uporablja in je ozemljena, sicer lahko trajno poškoduje vaše vezje. Pomembno je tudi, da se ta naprava uporablja na prostem, saj bo odpovedala, če jo postavite v vlažno atmosfero.

Ko je na zener diodo doveden zadosten tok, nastane padec napetosti. Če ta napetost doseže ali preseže prekinitveno napetost stroja, potem omogoči tok, da teče iz enega priključka.

svetleča dioda (LED)

Svetleča dioda (LED) je izdelana iz polprevodniškega materiala, ki oddaja svetlobo, ko skozi njo teče zadostna količina električnega toka. Ena najpomembnejših lastnosti LED diod je, da zelo učinkovito pretvarjajo električno energijo v optično. Svetleče diode se uporabljajo tudi kot indikatorske lučke za označevanje ciljev na elektronskih napravah, kot so računalniki, ure, radii, televizorji itd.

LED je vzorčen primer razvoja tehnologije mikročipov in je omogočil pomembne spremembe na področju osvetlitve. Svetleče diode uporabljajo vsaj dve polprevodniški plasti za ustvarjanje svetlobe, en pn spoj za ustvarjanje nosilcev (elektronov in lukenj), ki se nato pošljejo na nasprotne strani "pregradne" plasti, ki zajema luknje na eni strani in elektrone na drugi strani. . Energija ujetih nosilcev se rekombinira v "resonanco", znano kot elektroluminiscenca.

LED velja za učinkovito vrsto razsvetljave, saj skupaj s svetlobo oddaja malo toplote. Ima daljšo življenjsko dobo kot žarnice z žarilno nitko, ki lahko trajajo do 60-krat dlje, imajo večjo svetlobno moč in oddajajo manj strupenih emisij kot tradicionalne fluorescenčne sijalke.

Največja prednost LED je dejstvo, da za delovanje potrebujejo zelo malo energije, odvisno od vrste LED. Zdaj je možno uporabljati LED diode z napajalniki, od sončnih celic do baterij in celo izmeničnega toka (AC).

Obstaja veliko različnih vrst LED diod in so na voljo v različnih barvah, vključno z rdečo, oranžno, rumeno, zeleno, modro, belo itd. Danes so LED diode na voljo s svetlobnim tokom od 10 do 100 lumnov na vat (lm/W), kar je skoraj enako kot pri običajnih svetlobnih virih.

DC diode

Dioda s konstantnim tokom ali CCD je vrsta diode za regulator napetosti za napajalnike. Glavna funkcija CCD je zmanjšati izgube izhodne moči in izboljšati stabilizacijo napetosti z zmanjšanjem njenih nihanj, ko se obremenitev spremeni. CCD se lahko uporablja tudi za prilagoditev ravni vhodne moči enosmernega toka in za nadzor ravni enosmernega toka na izhodnih vodilih.

Schottky dioda

Schottkyjeve diode imenujemo tudi vroče nosilne diode.

Schottkyjevo diodo je leta 1926 izumil dr. Walter Schottky. Izum Schottky diode nam je omogočil uporabo LED (svetleče diode) kot zanesljive vire signala.

Dioda ima zelo ugoden učinek pri uporabi v visokofrekvenčnih tokokrogih. Schottkyjeva dioda je sestavljena predvsem iz treh komponent; P, N in spoj kovina-polprevodnik. Zasnova te naprave je takšna, da se znotraj trdnega polprevodnika oblikuje oster prehod. To omogoča nosilcem prehod iz polprevodnikov v kovine. Po drugi strani to pomaga zmanjšati napetost naprej, kar posledično zmanjša izgube moči in poveča hitrost preklopa naprav, ki uporabljajo diode Schottky, z zelo velikim robom.

Shockleyjeva dioda

Shockleyeva dioda je polprevodniška naprava z asimetrično razporeditvijo elektrod. Dioda bo vodila tok v eno smer in veliko manj, če je polarnost obrnjena. Če se na Shockleyjevi diodi vzdržuje zunanja napetost, bo postopoma napredovala, ko se uporabljena napetost povečuje, do točke, imenovane "izklopna napetost", pri kateri ni občutnega toka, ko se vsi elektroni rekombinirajo z luknjami. . Poleg mejne napetosti na grafični predstavitvi tokovno-napetostne karakteristike je območje negativnega upora. Shockley bo deloval kot ojačevalnik z negativnimi vrednostmi upora v tem območju.

Shockleyjevo delo je mogoče najbolje razumeti, če ga razdelimo na tri dele, znane kot regije, pri čemer je tok v obratni smeri od spodaj navzgor 0, 1 oziroma 2.

V območju 1, ko se uporabi pozitivna napetost za prednapetost, elektroni difundirajo v polprevodnik tipa n iz materiala tipa p, kjer se zaradi zamenjave večinskih nosilcev oblikuje "območje izčrpavanja". Območje izčrpanosti je območje, kjer se ob uporabi napetosti odstranijo nosilci naboja. Osiromašeno območje okoli pn spoja preprečuje tok skozi sprednji del enosmerne naprave.

Ko elektroni vstopijo na n-stran s strani p-tipa, nastane "območje izčrpanosti" pri prehodu od spodaj navzgor, dokler ni blokirana tokovna pot luknje. Luknje, ki se premikajo od zgoraj navzdol, se rekombinirajo z elektroni, ki se premikajo od spodaj navzgor. To pomeni, da se med osiromašenimi območji prevodnega in valenčnega pasu pojavi "območje rekombinacije", ki preprečuje nadaljnji pretok glavnih nosilcev skozi Shockleyjevo diodo.

Tok zdaj nadzira en sam nosilec, ki je manjšinski nosilec, tj. v tem primeru elektroni za polprevodnik tipa n in luknje za material tipa p. Tako lahko rečemo, da tukaj tok toka nadzirajo večinski nosilci (luknje in elektroni) in da je tok neodvisen od uporabljene napetosti, dokler je dovolj prostih nosilcev za prevodnost.

V območju 2 se elektroni, oddani iz območja izčrpanosti, rekombinirajo z luknjami na drugi strani in ustvarijo nove večinske nosilce (elektrone v materialu p-tipa za polprevodnike n-tipa). Ko te luknje vstopijo v območje izčrpanosti, zaključijo tokovno pot skozi Shockleyjevo diodo.

V območju 3, ko je zunanja napetost uporabljena za povratno prednapetost, se v stičišču pojavi območje prostorskega naboja ali območje izčrpanosti, ki je sestavljeno iz večinskih in manjšinskih nosilcev. Pari elektron-luknja so ločeni zaradi uporabe napetosti prek njih, kar povzroči driftni tok skozi Shockley. To povzroči, da skozi Shockleyjevo diodo teče majhna količina toka.

Stopenjske obnovitvene diode

Stopenjska obnovitvena dioda (SRD) je polprevodniška naprava, ki lahko zagotovi fiksno, brezpogojno stabilno stanje prevodnosti med svojo anodo in katodo. Prehod iz izklopljenega v vključeno stanje lahko povzročijo negativni napetostni impulzi. Ko je vklopljen, se SRD obnaša kot popolna dioda. Ko je izklopljen, je SRD pretežno neprevoden z nekaj toka uhajanja, vendar na splošno ni dovolj, da bi povzročil znatno izgubo moči v večini aplikacij.

Spodnja slika prikazuje valovne oblike postopnega obnavljanja za obe vrsti SRD. Zgornja krivulja prikazuje tip hitrega okrevanja, ki oddaja veliko količino svetlobe, ko preide v izklopljeno stanje. Nasprotno pa spodnja krivulja prikazuje ultrahitro obnovitveno diodo, optimizirano za delovanje pri visoki hitrosti in med prehodom iz vklopa v izklop kaže le zanemarljivo malo vidnega sevanja.

Za vklop SRD mora anodna napetost preseči mejno napetost stroja (VT). SRD se bo izklopil, ko bo anodni potencial manjši ali enak katodnemu potencialu.

Tunelska dioda

Tunelska dioda je oblika kvantnega inženiringa, ki vzame dva kosa polprevodnika in združi en kos z drugo stranjo, obrnjeno navzven. Tunelska dioda je edinstvena v tem, da elektroni tečejo skozi polprevodnik namesto okoli njega. To je eden od glavnih razlogov, zakaj je ta vrsta tehnike tako edinstvena, saj nobena druga oblika transporta elektronov do te točke ni bila sposobna doseči takšnega podviga. Eden od razlogov, zakaj so tunelske diode tako priljubljene, je, da zavzamejo manj prostora kot druge oblike kvantnega inženiringa in jih je mogoče uporabiti tudi v številnih aplikacijah na številnih področjih.

Varaktorska dioda

Varaktorska dioda je polprevodnik, ki se uporablja v napetostno regulirani spremenljivi kapacitivnosti. Varaktorska dioda ima dve povezavi, eno na anodni strani PN spoja in drugo na katodni strani PN spoja. Ko na varaktor priključite napetost, omogoči nastanek električnega polja, ki spremeni širino njegove osiromašene plasti. To bo dejansko spremenilo njegovo kapacitivnost.

laserska dioda

Laserska dioda je polprevodnik, ki oddaja koherentno svetlobo, imenovano tudi laserska svetloba. Laserska dioda oddaja usmerjene vzporedne svetlobne žarke z majhno divergenco. To je v nasprotju z drugimi viri svetlobe, kot so običajne LED diode, katerih oddajana svetloba je zelo divergentna.

Laserske diode se uporabljajo za optično shranjevanje, laserske tiskalnike, čitalnike črtne kode in komunikacije z optičnimi vlakni.

Dioda za dušenje prehodnih pojavov

Dioda za dušenje prehodne napetosti (TVS) je dioda, zasnovana za zaščito pred napetostnimi sunki in drugimi vrstami prehodnih pojavov. Prav tako je sposoben ločiti napetost in tok, da prepreči vstop visokonapetostnih prehodov v elektroniko čipa. Dioda TVS ne bo prevajala med običajnim delovanjem, ampak bo prevajala samo med prehodnim stanjem. Med električnim prehodom lahko dioda TVS deluje tako s hitrimi konicami dv/dt kot z velikimi konicami dv/dt. Napravo običajno najdemo v vhodnih vezjih mikroprocesorskih vezij, kjer obdeluje hitre preklopne signale.

Zlato dopirane diode

Zlate diode lahko najdemo v kondenzatorjih, usmernikih in drugih napravah. Te diode se večinoma uporabljajo v elektronski industriji, saj za prevajanje električnega toka ne potrebujejo veliko napetosti. Diode, dopirane z zlatom, so lahko izdelane iz polprevodniških materialov tipa p ali n. Dioda, dopirana z zlatom, učinkoviteje prevaja elektriko pri visokih temperaturah, zlasti pri diodah tipa n.

Zlato ni idealen material za dopiranje polprevodnikov, ker so atomi zlata preveliki, da bi se zlahka prilegali v polprevodniške kristale. To pomeni, da običajno zlato ne difundira zelo dobro v polprevodnik. Eden od načinov za povečanje velikosti atomov zlata, tako da lahko difundirajo, je dodajanje srebra ali indija. Najpogostejša metoda za dopiranje polprevodnikov z zlatom je uporaba natrijevega borohidrida, ki pomaga ustvariti zlitino zlata in srebra v polprevodniškem kristalu.

Diode, dopirane z zlatom, se običajno uporabljajo v visokofrekvenčnih energetskih aplikacijah. Te diode pomagajo zmanjšati napetost in tok tako, da obnovijo energijo iz povratnega elektromagnetnega polja notranjega upora diode. Zlato dopirane diode se uporabljajo v strojih, kot so uporovne mreže, laserji in tunelske diode.

Super barierne diode

Super barierne diode so vrsta diode, ki se lahko uporablja v visokonapetostnih aplikacijah. Te diode imajo nizko napetost naprej pri visoki frekvenci.

Super barierne diode so zelo vsestranska vrsta diod, saj lahko delujejo v širokem razponu frekvenc in napetosti. Uporabljajo se predvsem v močnostnih preklopnih vezjih za sisteme za distribucijo električne energije, usmernike, pretvornike motornih pogonov in napajalnike.

Superbarierna dioda je v glavnem sestavljena iz silicijevega dioksida z dodatkom bakra. Superbarierna dioda ima več možnosti oblikovanja, vključno z ravninsko germanijevo superbarierno diodo, spojno superbarrier diodo in izolacijsko superbarrier diodo.

Peltier dioda

Peltier dioda je polprevodnik. Uporablja se lahko za ustvarjanje električnega toka kot odgovor na toplotno energijo. Ta naprava je še vedno nova in še ni povsem razumljena, vendar se zdi, da bi lahko bila uporabna za pretvorbo toplote v električno energijo. To se lahko uporablja za grelnike vode ali celo v avtomobilih. To bi omogočilo uporabo toplote, ki jo ustvari motor z notranjim zgorevanjem, kar je običajno izgubljena energija. Prav tako bi omogočilo učinkovitejše delovanje motorja, saj mu ne bi bilo treba proizvesti toliko moči (torej porabi manj goriva), temveč bi Peltierjeva dioda pretvorila odpadno toploto v moč.

kristalna dioda

Kristalne diode se običajno uporabljajo za ozkopasovno filtriranje, oscilatorje ali napetostno krmiljene ojačevalnike. Kristalna dioda velja za posebno uporabo piezoelektričnega učinka. Ta postopek pomaga pri ustvarjanju napetostnih in tokovnih signalov z uporabo njihovih inherentnih lastnosti. Kristalne diode so pogosto kombinirane tudi z drugimi vezji, ki zagotavljajo ojačanje ali druge specializirane funkcije.

Lavinska dioda

Lavinska dioda je polprevodnik, ki ustvari plaz iz enega elektrona iz prevodnega v valenčni pas. Uporablja se kot usmernik v visokonapetostnih enosmernih napajalnih tokokrogih, kot detektor infrardečega sevanja in kot fotovoltaični stroj za ultravijolično sevanje. Učinek plazu poveča padec napetosti naprej na diodi, tako da je lahko veliko manjši od prebojne napetosti.

Silicijev krmiljeni usmernik

Silicon Controlled Rectifier (SCR) je triterminalni tiristor. Zasnovan je tako, da deluje kot stikalo v mikrovalovnih pečicah za nadzor moči. Lahko ga sproži tok ali napetost ali oboje, odvisno od nastavitve izhoda vrat. Ko je zatič vrat negativen, omogoča tok skozi SCR, in ko je pozitiven, blokira tok skozi SCR. Lokacija zatiča vrat določa, ali tok teče ali je blokiran, ko je na mestu.

Vakuumske diode

Vakuumske diode so druga vrsta diod, vendar se za razliko od drugih vrst uporabljajo v vakuumskih elektronkah za regulacijo toka. Vakuumske diode omogočajo, da tok teče pri konstantni napetosti, vendar imajo tudi krmilno mrežo, ki spreminja to napetost. Odvisno od napetosti v krmilnem omrežju vakuumska dioda dovoli ali ustavi tok. Vakuumske diode se uporabljajo kot ojačevalci in oscilatorji v radijskih sprejemnikih in oddajnikih. Služijo tudi kot usmerniki, ki pretvarjajo AC v DC za uporabo v električnih napravah.

PIN-dioda

PIN diode so vrsta diod s pn spoji. Na splošno so PIN-ji polprevodniki, ki kažejo nizek upor, ko je nanj priključena napetost. Ta nizek upor se bo povečal, ko se bo povečala uporabljena napetost. Kode PIN imajo mejno napetost, preden postanejo prevodne. Torej, če ni uporabljena negativna napetost, dioda ne bo prenesla toka, dokler ne doseže te vrednosti. Količina toka, ki teče skozi kovino, bo odvisna od potencialne razlike ali napetosti med obema priključkoma in ne bo uhajanja iz enega terminala v drugega.

Točkovna kontaktna dioda

Točkovna dioda je enosmerna naprava, ki lahko izboljša RF signal. Point-Contact se imenuje tudi tranzistor brez stika. Sestavljen je iz dveh žic, pritrjenih na polprevodniški material. Ko se te žice dotaknejo, se ustvari "točka stiskanja", kjer lahko elektroni prečkajo. Ta tip diode se uporablja zlasti pri radijskih postajah AM in drugih napravah, ki jim omogočajo zaznavanje RF signalov.

Dioda Hanna

Gunnova dioda je dioda, sestavljena iz dveh protivzporednih pn spojev z asimetrično višino pregrade. Posledica tega je močno zatiranje toka elektronov v smeri naprej, medtem ko tok še vedno teče v obratni smeri.

Te naprave se običajno uporabljajo kot mikrovalovni generatorji. Okoli leta 1959 sta jih izumila J. B. Gann in A. S. Newell na kraljevi pošti v Združenem kraljestvu, od koder izvira ime: "Gann" je okrajšava njunih imen in "dioda", ker so delali na plinskih napravah (Newell je prej delal na Edisonovem inštitutu za komunikacije). Bell Laboratories, kjer je delal na polprevodniških napravah).

Prva obsežna uporaba Gunnovih diod je bila prva generacija britanske vojaške radijske opreme UHF, ki je prišla v uporabo okoli leta 1965. Tudi vojaški radijski sprejemniki AM so v veliki meri uporabljali Gunnove diode.

Značilnost Gunnove diode je, da je tok le 10-20% toka običajne silicijeve diode. Poleg tega je padec napetosti na diodi približno 25-krat manjši kot pri običajni diodi, običajno 0 mV pri sobni temperaturi za XNUMX.

Video vadnica

Kaj je dioda - vadnica o elektroniki za začetnike

Zaključek

Upamo, da ste se naučili, kaj je dioda. Če vas zanima več o delovanju te neverjetne komponente, si oglejte naše članke na strani o diodah. Verjamemo, da boste vse naučeno uporabili tudi tokrat.