Poluvodičke diode se široko koriste u elektronici i elektroničkoj industriji. Koriste se i samostalno i kao p-n-spoj tranzistora i mnogih drugih uređaja. Kao diskretna komponenta, diode su ključni dio mnogih elektroničkih sklopova. Nalaze mnoge primjene u rasponu od aplikacija male snage do ispravljača.
Što je dioda?
Prevedeno s grčkog, naziv ovog elektroničkog elementa doslovno znači "dva terminala". Zovu se anoda i katoda. U krugu struja teče od anode do katode. Poluvodička dioda je jednostrani element i tok struje u suprotnom smjeru je blokiran.
Princip rada
Uređaj poluvodičkih dioda je vrlo različit. To je razlog što ih ima mnogo vrsta, koje se razlikuju i po nominalnoj vrijednosti i po funkcijama koje obavljaju. Međutim, u većini slučajeva osnovno načelorad poluvodičkih dioda je isti. Sadrže p-n spoj koji pruža njihovu osnovnu funkcionalnost.
Ovaj izraz se obično koristi u odnosu na standardni oblik diode. Zapravo, to se odnosi na gotovo sve vrste njih. Diode čine okosnicu moderne elektroničke industrije. Sve - od jednostavnih elemenata i tranzistora do modernih mikroprocesora - temelji se na poluvodičima. Princip rada poluvodičke diode temelji se na svojstvima poluvodiča. Tehnologija se temelji na skupini materijala, čije unošenje nečistoća u kristalnu rešetku omogućuje dobivanje područja u kojima su rupe i elektroni nosioci naboja.
P-n-junction
Dioda p-n-tipa dobila je ime jer koristi p-n spoj koji omogućuje struji da teče samo u jednom smjeru. Element ima i druga svojstva koja se također široko koriste. Poluvodičke diode, na primjer, mogu emitirati i detektirati svjetlost, mijenjati kapacitet i regulirati napon.
P-n-spoj je osnovna poluvodička struktura. Kao što ime sugerira, to je spoj između regija p- i n-tipa. Prijelaz omogućuje da se nositelji naboja kreću samo u jednom smjeru, što, na primjer, omogućuje pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu.
Standardne diode se obično izrađuju od silicija, iako se također koriste germanij i drugi poluvodički materijali, uglavnom za posebne namjene.
Volt-karakteristika ampera
Diodu karakterizira krivulja strujnog napona, koja se može podijeliti u 2 grane: naprijed i nazad. U suprotnom smjeru, struja curenja je blizu 0, ali s povećanjem napona polako raste i, kada se postigne probojni napon, počinje naglo rasti. U smjeru naprijed, struja brzo raste s primijenjenim naponom iznad praga vodljivosti, koji iznosi 0,7 V za silicijeve diode i 0,4 V za germanij. Ćelije koje koriste različite materijale imaju različite volt-amper karakteristike i prag vodljivosti i napone proboja.
P-n-spojna dioda se može smatrati uređajem osnovne razine. Široko se koristi u mnogim aplikacijama u rasponu od signalnih krugova i detektora do limitatora ili supresora prolaznih pojava u indukcijskim ili relejnim zavojnicama i ispravljačima velike snage.
Značajke i parametri
Specifikacije diode pružaju puno podataka. Međutim, precizna objašnjenja o tome što su oni nisu uvijek dostupna. Ispod su pojedinosti o različitim karakteristikama i parametrima diode, koji su dati u specifikacijama.
Poluvodički materijal
Materijal koji se koristi u p-n spojevima je od iznimne važnosti jer utječe na mnoge temeljne karakteristike poluvodičkih dioda. Silicij je najšire korišten zbog svoje visoke učinkovitosti i niskih troškova proizvodnje. Još jedan često korištenelement je germanij. Drugi materijali se obično koriste u diodama posebne namjene. Izbor poluvodičkog materijala je važan jer on određuje prag vodljivosti - oko 0,6 V za silicij i 0,3 V za germanij.
Pad napona u načinu istosmjerne struje (U pr.)
Svaki električni krug kroz koji struja prolazi uzrokuje pad napona, a ovaj parametar poluvodičke diode je od velike važnosti, posebno za ispravljanje, kada su gubici snage proporcionalni U ave. Osim toga, elektroničke komponente često moraju osigurati mali pad napona, jer signali mogu biti slabi, ali ga ipak moraju prevladati.
To se događa iz dva razloga. Prvi leži u samoj prirodi p-n spoja i rezultat je napona praga vodljivosti koji omogućuje struji da prijeđe kroz sloj iscrpljenosti. Druga komponenta je normalni otporni gubitak.
Indikator je od velike važnosti za ispravljačke diode, koje mogu nositi velike struje.
Vršni obrnuti napon (U arr. max.)
Ovo je najveći obrnuti napon koji poluvodička dioda može izdržati. Ne smije se prekoračiti, inače element može otkazati. Nije samo RMS napon ulaznog signala. Svaki krug se mora uzeti u obzir na temelju njegovih zasluga, ali za jednostavan jednostruki poluvalni ispravljač s kondenzatorom za izravnavanje, zapamtite da će kondenzator držati napon jednak vrhuncu ulazasignal. Dioda će tada biti podvrgnuta vrhuncu dolaznog signala u obrnutom smjeru, i stoga će pod tim uvjetima postojati maksimalni obrnuti napon jednak vršnoj vrijednosti vala.
Maksimalna struja naprijed (U pr. max)
Kada projektirate električni krug, pazite da maksimalne razine struje diode nisu prekoračene. Kako se struja povećava, stvara se dodatna toplina, koja se mora ukloniti.
Struja curenja (I dol.)
U idealnoj diodi ne bi trebalo postojati obrnuta struja. Ali u stvarnim p-n spojevima, to je zbog prisutnosti manjinskih nositelja naboja u poluvodiču. Količina struje curenja ovisi o tri čimbenika. Očito, najznačajniji od njih je obrnuti napon. Također, struja curenja ovisi o temperaturi - sa svojim rastom, značajno se povećava. Osim toga, jako ovisi o vrsti poluvodičkog materijala. U tom pogledu, silicij je puno bolji od germanija.
Struja propuštanja određuje se pri određenom obrnutom naponu i određenoj temperaturi. Obično se navodi u mikroamperima (ΜA) ili pikoamperima (pA).
Prilazna kapacitivnost
Sve poluvodičke diode imaju spojni kapacitet. Zona iscrpljivanja je dielektrična barijera između dviju ploča koje se formiraju na rubu područja iscrpljivanja i područja s većinom nositelja naboja. Stvarna vrijednost kapacitivnosti ovisi o obrnutom naponu, što dovodi do promjene u prijelaznoj zoni. Njegovo povećanje proširuje zonu iscrpljivanja i, posljedično,smanjuje kapacitet. Ova činjenica se iskorištava u varaktorima ili varikapima, ali za druge primjene, posebno RF aplikacije, ovaj učinak mora biti minimiziran. Parametar se obično navodi u pF pri danom naponu. Posebne diode niskog otpora dostupne su za mnoge RF aplikacije.
Vrsta slučaja
Ovisno o namjeni, poluvodičke diode se proizvode u pakiranjima različitih vrsta i oblika. U nekim slučajevima, posebno kada se koristi u krugovima za obradu signala, paket je ključni element u određivanju ukupnih karakteristika tog elektroničkog elementa. U strujnim krugovima gdje je odvođenje topline važno, paket može odrediti mnoge opće parametre diode. Uređaji velike snage moraju se moći pričvrstiti na hladnjak. Manji predmeti mogu se proizvoditi u olovnim kućištima ili kao uređaji za površinsku montažu.
Vrste dioda
Ponekad je korisno upoznati se s klasifikacijom poluvodičkih dioda. Međutim, neke stavke mogu pripadati nekoliko kategorija.
Preokrenuta dioda. Iako nije toliko rasprostranjen, radi se o vrsti elementa p-n tipa, koji je po svom djelovanju vrlo sličan tunelu. Ima nizak pad napona u uključenom stanju. Koristi se u detektorima, ispravljačima i visokofrekventnim prekidačima.
Tranzitna dioda za ubrizgavanje. Ima mnogo zajedničkog s češćim letenjem lavina. Koristi se u mikrovalnim generatorima i alarmnim sustavima.
Diode Gunn. Ne pripada p-n-tipu, već je poluvodički uređaj s dva terminala. Obično se koristi za generiranje i pretvaranje mikrovalnih signala u rasponu od 1-100 GHz.
Svjetlo koje emitira ili LED jedna je od najpopularnijih vrsta elektroničkih komponenti. U prednaponu, struja koja teče kroz spoj uzrokuje emitiranje svjetlosti. Koriste složene poluvodiče (npr. galijev arsenid, galijev fosfid, indijev fosfid) i mogu svijetliti u raznim bojama, iako su izvorno bili ograničeni samo na crvenu boju. Postoje mnogi novi razvoji koji mijenjaju način na koji zasloni funkcioniraju i proizvode, a primjer je OLED.
fotodioda. Koristi se za detekciju svjetlosti. Kada foton udari u p-n spoj, može stvoriti elektrone i rupe. Fotodiode obično rade u uvjetima obrnutog prednapona, gdje se čak i male struje generirane svjetlošću mogu lako detektirati. Fotodiode se mogu koristiti za proizvodnju električne energije. Ponekad se elementi tipa igle koriste kao fotodetektori.
Pin-dioda. Naziv elektroničkog elementa dobro opisuje uređaj poluvodičke diode. Ima standardne regije p- i n-tipa, ali između njih postoji unutarnja regija bez nečistoća. Ima učinak povećanja područja iscrpljenog područja, što može biti korisno za prebacivanje, kao i kod fotodioda, itd.
Standardni p-n spoj može se smatrati normalnimili standardni tip diode koji se danas koristi. Mogu se koristiti u RF ili drugim niskonaponskim aplikacijama, kao i visokonaponskim i visokonaponskim ispravljačima.
Schottky diode. Imaju manji pad napona naprijed od standardnih silikonskih poluvodiča p-n-tipa. Pri niskim strujama može biti od 0,15 do 0,4 V, a ne 0,6 V, kao kod silikonskih dioda. Da biste to učinili, nisu izrađeni kao obično - koriste kontakt metal-poluvodič. Naširoko se koriste kao limiteri, ispravljači i u radijskoj opremi.
Dioda s akumulacijom naboja. To je vrsta mikrovalne diode koja se koristi za generiranje i oblikovanje impulsa na vrlo visokim frekvencijama. Njegov rad temelji se na karakteristici vrlo brzog okidanja.
Laserska dioda. Razlikuje se od običnog emitiranja svjetlosti jer proizvodi koherentno svjetlo. Laserske diode koriste se u mnogim uređajima, od DVD i CD pogona do laserskih pokazivača. Puno su jeftiniji od ostalih oblika lasera, ali znatno skuplji od LED dioda. Imaju ograničen vijek trajanja.
Tunelska dioda. Iako se danas ne koristi široko, prije se koristio u pojačalima, oscilatorima i sklopnim uređajima, vremenskim krugovima osciloskopa, kada je bio učinkovitiji od ostalih elemenata.
Varactor ili varicap. Koristi se u mnogim RF uređajima. Za ovu diodu, reverzna pristranost mijenja širinu sloja iscrpljivanja ovisno o primijenjenom naponu. U ovoj konfiguraciji todjeluje kao kondenzator s područjem iscrpljivanja koji djeluje kao izolacijski dielektrik i pločama koje formiraju vodljiva područja. Koristi se u naponskim oscilatorima i RF filterima.
Zener dioda. To je vrlo korisna vrsta diode jer osigurava stabilan referentni napon. Zbog toga se zener dioda koristi u ogromnim količinama. Radi pod uvjetima obrnutog prednapona i probija se kada se postigne određena razlika potencijala. Ako je struja ograničena otpornikom, to osigurava stabilan napon. Široko se koristi za stabilizaciju napajanja. Postoje 2 vrste obrnutog sloma u zener diodama: Zener razgradnja i udarna ionizacija.
Dakle, različite vrste poluvodičkih dioda uključuju elemente za aplikacije male i velike snage, koje emitiraju i detektiraju svjetlost, s malim padom napona naprijed i promjenjivim kapacitetom. Osim toga, postoji niz vrsta koje se koriste u mikrovalnoj tehnologiji.
