http___blog.vikiwat.com_diod__1.xml
http___blog.vikiwat.com_tag_zener-diode_.xml
1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 5.1 5.2 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 11.1 11.2 11.3 12.1 12.2 12.3 12.4 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 14.1 14.2 14.3 15.1 15.2 15.3 16.1 16.2 16.3 16.4 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7 17.8 18.1 18.2 18.3 18.4 19.1 19.2 19.3 19.4 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7
Когато в края на XIX век британският учен Фредерик Гътри, който е по-известен с откриването на иприта, открива принципа на действие на термоемисионните диоди, едва ли е предполагал, че електронен полупроводников елемент основан на аналогичен принцип ще стане един от най-масово използваните компоненти днес в различни електронни схеми, автоматизация на процесите, електронни устройства с различни функции и приложения. А напоследък един от видовете диоди – светодиода или LED, става все по-популярен и като източник на светлина. Разбира се, по известен става Томас Алва Едисон, който в един мразовит 13 февруари 1880г. изследвайки лампите с нажежаема жичка, наречени по късно на негово име, преоткрива, че когато на положителния полюс на една лампа има подадено напрежение и към нея се приближи метална пластина, между положителният полюс и пластината протича ток. На този принцип той създава постояннотоков волтметър, патентова го и в общи линии спира до там с диодите. Странното тук е, че нито един от двамата не е използвал думата диод. Трябвало е учени като Джон Флеминг, бивш сътрудник на Едисон, Карл Браун, Глийнлийф Пакард, Джедиш Чандра Боус и други да създадат радиоприемник на основата на кристални диоди. Да се стигне до 1919г. и още един британски учен – Уилям Хенри Екълс, за да се въведе думата диод (от старогръцки dia-през, odos-път). Диодите могат да бъдат полупроводникови, лампови и специални. Тук ще се спрем основно на полупроводниковите диоди. Полупроводниковите диоди осъществяват един p-n преход, като токът тече от p-частта, към n-частта, но не и в обратна посока. Диодът е като един вентил за електрически ток. Обикновено за направата му се използва силиций или други полупроводникови материали. Положителният електродът се нарича анод, а отрицателния електрод – катод. При включване в права посока, съпротивлението на диода е малко и тече ток – при включване в обратна посока съпротивлението е голямо и ток не протича. Има множество класификации на диодите, но основната сред тях е според предназначението. Според тази класификация различаваме следните видове диоди: - изправителен диод – както се вижда от названието му служи за изправяне на променлив ток, тъй като пропуска ток само в едната посока. Този диод е основен елемент е в токоизправителите устройства и различни електронни схеми. Изправителният диод работи при мрежови честоти и „реже“ едната полувълна на синусоидата. Те могат да бъдат силициеви и германиеви. Силициевите диоди се характеризират с големи пробивни напрежения (1000V – 1600V) и по-голям температурен диапазон на работа. Пробивът при силицевият диод има лавинен характер и пробивното напрежение расте с температурата. Германиевите диоди имат по-малки пробивни напрежения (100V-400V) работят при по-ниски температури и имат по-малък пад на напрежение в права посока и при един и същ ток отделената мощност е по-малка. Пробивът при тях има топлинен характер. - светодиод – излъчва некохерентна светлина и се състои от един или няколко кристала, разположени зад леща, създаваща светлинен поток. Светодиодите се използват за дисплеи, декоративно и основно осветление, индикации на процеси и др. Галиев арсенид е едно от съединенията, от които може да се създаде такъв диод. Например почти всеки домашен електронен уред има светлинна индикация на базата на светодиод за наличие на захранване към уреда. В началото LED е бил само червен, но сега са създадени светодиоди светещи в бяло, оранжево, жълто, зелено, синьо, синьо-зелено, ултравиолетово. Тези диоди са регулируеми, т.е. може да се димират. - тунелен диод – този диод използва тунелния ефект, представляващ преминаване на електрони през потенциална бариера, по висока от собствената енергия на електроните. При него е характерно, че ширината на прехода е съизмерима с междуатомните разстояние на електроните. Тогава те сякаш се промъкват през този проход (тунел). Тунелните диоди са с p-n преход с много малка ширина и голям интензитет на магнитното поле. Важно предимство на тунелните диоди е тяхната висока честота. Изработват се от силно легирани полупроводници. Могат да работят в много голям температурен интервал, също и в радиоактивна среда. Важно предимство на тунелните диоди е тяхната висока честота както и, че имат много малка консумирана мощност, равняваща се на около 1% от мощността на обикновените диоди. - ценеров диод (стабилитрон) е диод, който се включва в обратна посока. При определено обратно напрежение при него настъпва пробив, който не уврежда диода. Наречен е на Кларънс Ценер. Използва се за стабилизиране на напрежението. В схемите се включва паралелно на товарното съпротивление. Нисковолтовите ценерови диоди (до 6 V) се правят от нискоомен материал и работят с тунелен пробив, при увеличаване на напрежението над 7V настъпва лавинен пробив. - Шотки диод – изграден е от алуминий и силиций. Наречен е на немският учен Валтер Шотки. Използва прехода между метал и проводник, преодолявайки т.н. бариера на Шотки. Бариерата на Шотки има малък капацитет на прехода, затова работната честота може да е много висока. Диодите на Шотки са много бързи, отпушването му е за по малко от 0.1 наносекунда и изпреварва отпушването на преходът база-колектор на транзистора, като по този начин го шунтира в интегралните схеми. Използват се за ограничители на напрежение, във фотоволтаичните системи, където предотвратяват протичането на обратен ток и разреждането им през нощта. Диоди на Шотки се използват като изправителни елементи в импулсните захранвания и др. - варикап – или варактор. Използват се за промяна на честотата, умножаване на честотата, за фазова модулация, в схеми за управление на осцилатори, в синтезатори на честота и др. Варикапите се използват като кондензатори с променлив капацитет, като при тях се използва зависимостта на капацитета на PN прехода от обратното напрежение. - фотодиод – представлява полупроводников високочувствителен нискоинерционен преобразувател на светлинни сигнали в електрични. Преобразува светлина в електрически ток чрез фотоелектричен ефект. Той може да действа като слънчева батерия. Когато преобразува видимата светлина (до 1000nm) е направен от силиций, а когато е за инфрачервена светлина (до 1800nm) – от германий. - тиристор – използва се като електрически превключвател в схеми с високо напрежение. Обединява свойствата на транзистора и тиратрона, откъдето идва и името му. Тиристорът представлява управляем диод. Има 3 p-n прехода. Замества механичните прекъсвачи поради многото си предимства, като например липсата на износващи се части, липсата на контактни тела и искрене и т.н. Ако тиристора е без управляващи електроди се нарича динистор или диоден тиристор. - лазерен диод – при него активната среда е полупроводник подобен на този, използван в светодиодите. Лазерните диоди се използват за пренос на сигнали в оптични влакна, за запис на данни върху дискове (CD, DVD) и др. На практика това устройство е вид малък лазер. - диод на Гън – вид полупроводников диод, който се използва за генериране и преобразуване на колебания в свръхвисокочестотния спектър на честотата от 0.1 до 100GHz. За разлика от други видове диоди, диода на Гън не се основава на p-n преход, т.е. неговите свойства не се определят от ефекта в местата на съединение на два различни полупроводника, а на собствените свойства на използвания полупроводник. Изобретен е в 1966г. от английският учен Джон Гън. - високочестотен диод – предназначен е за обработка на високочестотни сигнали. Изправя токове и напрежения с честота 150 MHz. Използват се за откриване на сигнали (отделяне на нискочестотен сигнал от модулиран по амплитуда високочестотен сигнал), също така намират приложение за изменение на носещата честота на модулирани колебания и др. Използват точкови p-n преходи за разширяване на честотния диапазон. - импулсен диод – при тях преходните процеси траят по-малко от 1µs. Работят в импулсен режим. Съществуват импулсни диоди в субнаносекундния обхват 0.1-1ns. За да се направят по-бързи, тези диоди се легират със злато, така се увеличава скоростта на рекомбинация. Токът в права посока на тези диоди, обаче е доста малъ,к от порядъка на 20-50mA. Една разновидност на импулсните диоди е меза-диодите. Те са изработени чрез дифузия и площта на прехода им е силно намалена. Те имат време на възстановяване 10-50ns, ток в права посока 500mA и обратно напрежение около 100V. - PIN диод - това са превключвателни диоди. Участват като част от предавателна линия между генератора и товара. Енергията, която се предава по тази линия се определя от импеданса на PIN диода. PIN диодите се използват за регулиране на СВЧ мощност за комутация на СВЧ сигнали при честотна лента от 1 до 12 GHz, за амплитудна модулация с различна дълбочина и др. - стабистор - полупроводников диод, при който напрежението в правата част на волт-амперната характеристика зависи съвсем слабо от тока. Този вид диод също служи за стабилизиране на напрежението. Разликата между стабистора и ценеровия диод е малкото напрежение на стабилизация. За получаване на по-голямо напрежение, стабисторите се свързват последователно. - лавинно-дрейфов диод – работят в режим на лавинен пробив и се използват за генериране на свръхвисокочестотни трептения. Ако на диода се подаде постоянно обратно напрежение, по-малко от напрежението на пробив, върху което се наслагва променлив сигнал с амплитуда превишаваща в единия си полупериод пробивното напрежение в определена тясна област, в нея се създават условия за лавинно умножение. При повтаряне на този полупериод, в диода се генерира ново количество лавинни електрони, които започват да дрейфуват към N областите. Токът през диода се модулира с честотата на сигнала насложен върху входното напрежение. Поради инертността на лавината, се получава дефазиране между напрежението и протичащия през диода ток, като фазовият ъгъл е приблизително равен на n/4. Като n е високоомния тесен участък наречен слой на умножение на електрони. Получава се област с отрицателно диференциално съпротивление, която позволява генериране на незатихващи СВЧ трептения. Диодите намират много и разнообразни приложения като често се използват за защита на чувствителни и скъпи електронни устройства от свръхнапрежение, тъй като при нормални условия са непроводими, а при свръхнапрежения стават проводими. Диодите в съчетание с други електронни елементи образуват също така логически елементи. Могат да се използват и за измерване на температура, защото в повечето случаи характеристиките им пряко зависят от нея. Най-ранното им използване е било за амплитудна демодулация на радиосигнал. Всеки диод има характерна за него волт-амперна характерисдтика. В практиката приложение намират и високомощни диоди за напрежение достигащи до 1200 V и ток 200 А. Този тип диоди се монтират върху охладител.
1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 5.1 5.2 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 11.1 11.2 12.1 12.2 12.3 13.1 13.2 13.3 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 16.1 16.2 16.3 16.4 17.1 17.2 17.3 17.4 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7
When at the end of XIX century the British scientist Frederick Guthrie, who is best known for the discovery of mustard gas, discovered the basic principle of operation of thermionic diodes, he hardly imagined that an electronic semiconductor device, based on a similar principle, will become one of the most commonly used components in various electronic circuits, process automation, electronic devices with various functions and applications. Moreover, one of the diodes – the LED, has recently been gaining more and more popularity as a source of light. Of course, Thomas Alva Edison became even more famous as in the frosty February 13th 1880, while studying incandescent lamps, which were later named after him, rediscovered that when voltage is fed to the positive pole of a lamp and a metal plate is put close to it, there is electric current between the positive pole and the plate. Using this principle he created a DC voltmeter, patented it and basically at this point he stopped dealing with diodes. The strange thing here is that none of them used the word diode. Later, scientists like John Fleming, a former associate of Edison, Charles Brown, Greenleaf Pickard, Jagadish Chandra Bose and others created a radio-receiver based on crystal diodes and as late as the 1919 another British scientist – William Henry Eccles introduced the term diode (from the Greek roots di meaning “two” and odos – “path”). Diodes can be semiconductor, LEDs and special diodes. Here, we will mainly consider semiconductor diodes. Semiconductor diodes perform a p-n junction, and the current flows from the p-doped region to the n-doped region, but not in the reverse direction. The diode is like an electric current valve. Usually it is made from silicon or other semiconductor materials. The positive electrode is called anode and the negative electrode – cathode. When switching in forward direction, the diode has small resistance and there is electric current – when switching in reverse direction, the resistance is high and there is no current. There are many classifications of diodes, but the main one is based on their function. According to this classification we distinguish the following types of diodes: • A rectifying diode – as evidenced by its name it serves for rectifying alternating current, as it allows current to flow only in one direction. This diode is a key element in rectifier devices and various electronic circuits. The rectifying diode operates at mains frequencies and „cuts“ one of the half-waves of the sinusoid. They can be made of silicon or germanium. Silicon diodes are characterized by large breakdown voltages (1000V – 1600V) and a larger temperature range of operation. The breakdown in silicon diodes has an avalanche nature and the breakdown voltage increases with the temperature. Germanium diodes have lower breakdown voltages (100V-400V), they operate at lower temperatures and have less voltage drop in forward direction and less emitted power at the same current. Their breakdown has thermal nature. • LED – emits incoherent light, and consists of one or more crystals behind glass, which generates luminous flux. LEDs are used in displays, in general and decorative lighting, indications of processes, etc. Gallium arsenide is one of the compounds, from which such a diode can be made. For example, almost every home electronic device has a LED based indication showing the power supply to the unit. At first LEDs were only red, but now there are white, orange, yellow, green, blue, blue-green, ultraviolet LEDs. These diodes are adjustable, i.e. dimmable. • Tunnel diode – This diode uses the tunnel effect, which means transition of electrons through a potential barrier, higher than the electrons’ energy. The width of the transition is commensurate with the inter-atomic distance of the electrons. Then they seem to sneak through this passage (tunnel). Tunnel diodes have a p- n junction which has a very small width and high intensity of the magnetic field. They are made of heavily alloyed semiconductors. They can work in a very large temperature range as well as in a radioactive environment. An important advantage of tunnel diodes is their high frequency and the fact that they have very low power consumption, equivalent to about 1 % of the power of standard diodes. • Zener diode (Stabilitron) is a diode, which allows current to flow in the reverse direction. At a certain reverse voltage there is a breakdown that does not damage the diode. The diode is named after Clarence Zener. It is used to stabilize the voltage. In circuits it is connected parallel to the load resistance. Low-voltage Zener diodes (up to 6 V) are made of low resistance material and work with a tunnel breakdown. By increasing the voltage above 7V, an avalanche breakdown is generated. • Schottky diode – it is made of aluminum and silicon. It is named after the German scientist Walter Schottky. This diode uses the junction between a metal and a conductor, overcoming the so called Schottky barrier. The Schottky barrier has a small junction capacity, therefore the operating frequency can be very high. Schottky diodes are very fast, the triggering is less than 0.1nanosecond, faster then the triggering of the base-collector junction of the transistor, thus shunting it in integrated circuits. These diodes are used for voltage limiters, in photovoltaic systems where they prevent the flow of reverse current and discharging during the night. Schottky diodes are used as rectifying elements in switching power supplies, etc. • A varicap diode or a varactor diode is used for frequency change, frequency multiplication, phase modulation, in oscillator controlling circuits, in frequency synthesizers, etc. Varicap diodes are used as capacitors with variable-capacity, as they use the dependence of the PN Junction capacity on the reverse voltage. • Laser diode – its active medium is a semiconductor similar to the one used in LEDs. Laser diodes are used for transmitting signals in optical fibers, for recording data on disks (CD, DVD), etc. In practice, this type of device is a small laser. • Gunn diode is a type of semiconductor diode, which is used for generating and converting variations in the UHF spectrum from 0.1 to 100GHz. Unlike other types of diodes, Gunn diodes are not based on the p-n junction, i.e., its properties are not determined by the junction effect of two different semiconductors, but on the properties of the semiconductor itself. It was invented in 1966 by the English scientist John Gunn. •A high-frequency diode – it is designed for handling high-frequency signals. It rectifies currents and voltages with a frequency of 150 MHz. These diodes are used for detecting signals (separating a low frequency signal from an amplitude modulated high-frequency signal). They are also used for changing the carrier frequency of modulated oscillations, etc. They use point p-n junctions to extend the frequency range. • An impulse diode – the transient processes last less than 1us. They operate in a pulse mode. There are impulse diodes in the sub-nanosecond range 0.1-1ns. These diodes are alloyed with gold in order to become faster, thereby the rate of recombination increases. The forward current of these diodes is quite small – 20-50mA. A type of impulse diodes are mesa diodes. They are made by diffusion and their junction area is significantly reduced. Their recovering time is10 -50ns, the forward current is 500mA and the reverse voltage – around 100V. • PIN diode – these are switching diodes. They are a part of a transmission line between the generator and the load. The energy that is transmitted along this line is determined by the impedance of PIN diodes. PIN diodes are used for adjusting UHF power for switching UHF signals with a bandwidth of 1 to 12 GHz, for amplitude modulation with a different depth, etc. • Stabistor – a semiconductor diode in which the pressure in the forward volt- ampere characteristics depends only slightly from the current. This type of diode also serves to stabilize the voltage. The difference between the stabistor and the Zener diode is the little stabilization voltage. In order to obtain higher voltage, stabistors are connected in series. • An avalanche diode – it operates under an avalanche breakdown mode and is used to generate VHF oscillations. If the diode is fed with continuous reverse voltage, lower than the breakdown voltage, and a variable signal is superimposed with an amplitude exceeding in one of its half periods the breakdown voltage in a specific narrow area, it creates conditions for avalanche multiplication. By repeating this half-period, a new quantity of avalanche electrons is generated, and they start drifting to the N-areas. The current through the diode is modulated by the frequency of the signal, superimposed on the input voltage. Due to the inertia of the avalanche, there is a phase shift between the voltage and the current flowing through the diode, and the phase angle is approximately equal to n/4, where n is the high-resistant narrow section called electrons multiplication layer. A region with a negative differential resistance comes out, which allows the generation of persistent UHF oscillations. Diodes find a lot of various applications and are often used to protect sensitive and expensive electronic devices from over voltage, as under normal conditions they are non-conductive, and under over voltage they become conductive. In combination with other electronic components diodes form logic elements. They can also be used for measuring temperature, because in most cases they are directly dependent on its characteristics. Their earliest use was for amplitude demodulation of radio-signals. Each diode has specific volt-ampere characteristics. High-power voltage diodes up to 1200 V and current 200 A also find application in practice. These diodes are mounted on a cooler.