Čo je to dióda?

Dióda je dvojpólová elektronická súčiastka, obmedzuje prietok prúd v jednom smere a umožňuje mu voľný tok v opačnom smere. Má mnoho použití v elektronických obvodoch a môže byť použitý na stavbu usmerňovačov, invertorov a generátorov.

V tomto článku si vezmeme pohľad čo je dióda a ako funguje. Pozrieme sa aj na niektoré z jeho bežných použití v elektronických obvodoch. Tak poďme na to!

Ako funguje dióda?

Dióda je elektronické zariadenie, ktoré umožňuje prúd musí prúdiť jedným smerom. Zvyčajne sa nachádzajú v elektrických obvodoch. Fungujú na základe polovodičového materiálu, z ktorého sú vyrobené, ktorý môže byť typu N alebo typu P. Ak je dióda typu N, bude prechádzať prúdom iba vtedy, keď je napätie aplikované v rovnakom smere ako šípka diódy, zatiaľ čo diódy typu P prepustia prúd iba vtedy, keď je napätie aplikované v opačnom smere ako je šípka.

Polovodičový materiál umožňuje prúdenie prúdu, vytváraniezóna vyčerpania“, toto je oblasť, kde sú elektróny zakázané. Po privedení napätia sa zóna vyčerpania dostane na oba konce diódy a nechá cez ňu pretekať prúd. Tento proces sa nazýva "zaujatosť dopredu".

Ak je privedené napätie na naopak polovodičový materiál, spätné predpätie. To spôsobí, že zóna vyčerpania sa rozšíri iba z jedného konca terminálu a zastaví tok prúdu. Je to preto, že ak by bolo napätie aplikované pozdĺž rovnakej trasy ako šípka na polovodiči typu P, polovodič typu P by sa správal ako typ N, pretože by umožnil pohyb elektrónov v opačnom smere ako je jeho šípka.

Tok prúdu diódy

Na čo slúžia diódy?

Diódy sa používajú na konvertovať jednosmerný prúd na striedavý, pričom blokuje spätné vedenie elektrických nábojov. Tento hlavný komponent možno nájsť aj v stmievačoch, elektromotoroch a solárnych paneloch.

Diódy sa používajú v počítačoch na Bezpečnosť elektronické komponenty počítača pred poškodením v dôsledku prepätia. Znižujú alebo blokujú napätie presahujúce napätie požadované strojom. Znižuje tiež spotrebu energie počítača, šetrí energiu a znižuje teplo generované vo vnútri zariadenia. Diódy sa používajú v špičkových spotrebičoch, ako sú rúry, umývačky riadu, mikrovlnné rúry a práčky. Používajú sa v týchto zariadeniach na ochranu pred повреждение v dôsledku prepätia spôsobeného výpadkami prúdu.

Aplikácia diód

• oprava
• Ako vypínač
• Obvod izolácie zdroja
• Ako referenčné napätie
• Frekvenčný mixér
• Ochrana proti spätnému prúdu
• Ochrana proti prepólovaniu
• Ochrana proti prepätiu
• AM obálkový detektor alebo demodulátor (diódový detektor)
• Ako zdroj svetla
• V obvode kladného snímača teploty
• V obvode snímača svetla
• Solárna batéria alebo fotovoltaická batéria
• Ako strihačka
• Ako pridržiavač

História diódy

Slovo "dióda" pochádza z Греческий slovo „diodózny“ alebo „diodový“. Účelom diódy je umožniť prúdenie elektriny iba jedným smerom. Diódu možno nazvať aj elektronickým ventilom.

Našlo sa Henry Joseph Round prostredníctvom svojich experimentov s elektrinou v roku 1884. Tieto experimenty sa uskutočnili pomocou vákuovej sklenenej trubice, vo vnútri ktorej boli na oboch koncoch kovové elektródy. Katóda má platňu s kladným nábojom a anóda má platňu so záporným nábojom. Keď prúd prechádzal trubicou, rozsvietila by sa, čo znamenalo, že obvodom prúdila energia.

Kto vynašiel diódu

Hoci prvú polovodičovú diódu vynašiel v roku 1906 John A. Fleming, pripisuje sa jej Williamovi Henrymu Priceovi a Arthurovi Schusterovi za to, že toto zariadenie v roku 1907 nezávisle vynašli.

William Henry Preece a Arthur Schuster

Typy diód

• Malá signálna dióda
• Veľká signálna dióda
• Stabilitron
• svetelná dióda (LED)
• DC diódy
• Schottkyho dióda
• Shockleyho dióda
• Krokové obnovovacie diódy
• tunelová dióda
• Varaktorová dióda
• laserová dióda
• Dióda na potlačenie prechodov
• Diódy dopované zlatom
• Super bariérové ​​diódy
• Peltierova dióda
• kryštálová dióda
• Lavínová dióda
• Silikónový riadený usmerňovač
• Vákuové diódy
• PIN dióda
• kontaktný bod
• Dióda Hanna

Malá signálna dióda

Malá signálna dióda je polovodičové zariadenie s rýchlou spínacou schopnosťou a nízkym úbytkom napätia vo vedení. Poskytuje vysoký stupeň ochrany proti poškodeniu v dôsledku elektrostatického výboja.

Veľká signálna dióda

Veľká signálna dióda je typ diódy, ktorá prenáša signály na vyššej úrovni výkonu ako malá signálna dióda. Veľká signálna dióda sa zvyčajne používa na konverziu striedavého prúdu na jednosmerný prúd. Veľká signálna dióda prenesie signál bez straty výkonu a je lacnejšia ako elektrolytický kondenzátor.

V kombinácii s veľkou signálnou diódou sa často používa oddeľovací kondenzátor. Použitie tohto zariadenia ovplyvňuje prechodový čas odozvy obvodu. Oddeľovací kondenzátor pomáha obmedziť kolísanie napätia spôsobené zmenami impedancie.

Stabilitron

Zenerova dióda je špeciálny typ, ktorý bude viesť elektrinu iba v oblasti priamo pod priamym poklesom napätia. To znamená, že keď je jedna svorka zenerovej diódy pod napätím, umožňuje to, aby sa prúd pohyboval z druhej svorky na napájanú svorku. Je dôležité, aby sa toto zariadenie používalo správne a bolo uzemnené, inak môže trvalo poškodiť váš obvod. Je tiež dôležité, aby sa toto zariadenie používalo vonku, pretože ak je umiestnené vo vlhkom prostredí, zlyhá.

Keď sa na zenerovú diódu aplikuje dostatočný prúd, vytvorí sa pokles napätia. Ak toto napätie dosiahne alebo prekročí prierazné napätie stroja, potom umožní prúdenie prúdu z jednej svorky.

svetelná dióda (LED)

Svetelná dióda (LED) je vyrobená z polovodičového materiálu, ktorý vyžaruje svetlo, keď cez ňu prechádza dostatočné množstvo elektrického prúdu. Jednou z najdôležitejších vlastností LED diód je, že veľmi efektívne premieňajú elektrickú energiu na optickú energiu. LED diódy sa tiež používajú ako indikátory na označenie cieľov na elektronických zariadeniach, ako sú počítače, hodiny, rádiá, televízory atď.

LED je ukážkovým príkladom vývoja technológie mikročipov a umožnila významné zmeny v oblasti osvetlenia. LED diódy využívajú najmenej dve polovodičové vrstvy na generovanie svetla, jeden pn prechod na generovanie nosičov (elektrónov a dier), ktoré sú potom posielané na opačné strany „bariérovej“ vrstvy, ktorá zachytáva diery na jednej strane a elektróny na druhej strane. . Energia zachytených nosičov sa rekombinuje v "rezonancii" známej ako elektroluminiscencia.

LED sa považuje za efektívny typ osvetlenia, pretože spolu so svetlom vyžaruje málo tepla. Má dlhšiu životnosť ako žiarovky, ktoré môžu vydržať až 60-krát dlhšie, majú vyšší svetelný výkon a emitujú menej toxických emisií ako tradičné žiarivky.

Najväčšou výhodou LED diód je skutočnosť, že na svoju činnosť vyžadujú veľmi malý výkon v závislosti od typu LED. Teraz je možné použiť LED s napájaním od solárnych článkov po batérie a dokonca aj striedavý prúd (AC).

Existuje mnoho rôznych typov LED diód a dodávajú sa v rôznych farbách vrátane červenej, oranžovej, žltej, zelenej, modrej, bielej a ďalších. Dnes sú dostupné LED diódy so svetelným tokom 10 až 100 lúmenov na watt (lm/W), čo je takmer rovnaké ako bežné svetelné zdroje.

DC diódy

Dióda s konštantným prúdom alebo CCD je typ diódy regulátora napätia pre napájacie zdroje. Hlavnou funkciou CCD je zníženie výstupných výkonových strát a zlepšenie stabilizácie napätia znížením jeho kolísania pri zmene záťaže. CCD možno použiť aj na úpravu úrovní vstupného výkonu jednosmerného prúdu a na ovládanie úrovní jednosmerného prúdu na výstupných koľajniciach.

Schottkyho dióda

Schottkyho diódy sa tiež nazývajú diódy s horúcim nosičom.

Schottkyho diódu vynašiel v roku 1926 doktor Walter Schottky. Vynález Schottkyho diódy nám umožnil používať LED diódy (light emitting diodes) ako spoľahlivé zdroje signálu.

Dióda má veľmi priaznivý účinok pri použití vo vysokofrekvenčných obvodoch. Schottkyho dióda pozostáva hlavne z troch komponentov; P, N a prechod kov-polovodič. Konštrukcia tohto zariadenia je taká, že vo vnútri pevného polovodiča je vytvorený ostrý prechod. To umožňuje nosičom prechod z polovodiča na kov. To zase pomáha znižovať dopredné napätie, čo zase znižuje straty energie a zvyšuje rýchlosť spínania zariadení, ktoré používajú Schottkyho diódy, o veľmi veľkú rezervu.

Shockleyho dióda

Shockleyho dióda je polovodičové zariadenie s asymetrickým usporiadaním elektród. Dióda bude viesť prúd v jednom smere a oveľa menej, ak je polarita obrátená. Ak sa na Shockleyho dióde udržiava externé napätie, potom sa bude postupne posúvať dopredu, keď sa aplikované napätie zvyšuje, až do bodu nazývaného "medzné napätie", v ktorom nie je žiadny znateľný prúd, pretože všetky elektróny sa rekombinujú s otvormi. . Za medzným napätím na grafickom znázornení charakteristiky prúd-napätie je oblasť so záporným odporom. Shockley bude fungovať ako zosilňovač so zápornými hodnotami odporu v tomto rozsahu.

Shockleyho prácu možno najlepšie pochopiť tak, že ju rozdelíme na tri časti známe ako oblasti, pričom prúd v opačnom smere zdola nahor je 0, 1 a 2.

V oblasti 1, keď je aplikované kladné napätie pre predpätie, elektróny difundujú do polovodiča typu n z materiálu typu p, kde sa vytvára "zóna vyčerpania" v dôsledku výmeny väčšinových nosičov. Zóna vyčerpania je oblasť, kde sú nosiče náboja odstránené, keď je aplikované napätie. Zóna vyčerpania okolo pn prechodu zabraňuje prúdeniu prúdu cez prednú časť jednosmerného zariadenia.

Keď elektróny vstupujú na n-stranu zo strany typu p, pri prechode zdola nahor sa vytvorí „zóna vyčerpania“, až kým nie je zablokovaná dráha dierového prúdu. Diery pohybujúce sa zhora nadol sa rekombinujú s elektrónmi pohybujúcimi sa zdola nahor. To znamená, že medzi zónami vyčerpania vodivého pásma a valenčného pásma sa objaví „zóna rekombinácie“, ktorá bráni ďalšiemu toku hlavných nosičov cez Shockleyho diódu.

Prúdový tok je teraz riadený jediným nosičom, ktorý je menšinovým nosičom, t. j. elektróny v tomto prípade pre polovodič typu n a otvory pre materiál typu p. Môžeme teda povedať, že tu je tok prúdu riadený väčšinovými nosičmi (dierami a elektrónmi) a tok prúdu je nezávislý od použitého napätia, pokiaľ je dostatok voľných nosičov na vedenie.

V oblasti 2 sa elektróny emitované zo zóny vyčerpania rekombinujú s otvormi na druhej strane a vytvárajú nové majoritné nosiče (elektróny v materiáli typu p pre polovodič typu n). Keď tieto otvory vstúpia do zóny vyčerpania, dokončia prúdovú cestu cez Shockleyho diódu.

V oblasti 3, keď sa použije externé napätie na spätné predpätie, objaví sa v spoji oblasť priestorového náboja alebo zóna vyčerpania, pozostávajúca z väčšinových aj menšinových nosičov. Páry elektrón-diera sú oddelené v dôsledku aplikácie napätia cez ne, čo vedie k driftovému prúdu cez Shockley. To spôsobí, že cez Shockleyho diódu pretečie malé množstvo prúdu.

Krokové obnovovacie diódy

Kroková obnovovacia dióda (SRD) je polovodičové zariadenie, ktoré môže poskytnúť pevný, bezpodmienečne stabilný stav vedenia medzi anódou a katódou. Prechod z vypnutého stavu do zapnutého môže byť spôsobený zápornými napäťovými impulzmi. Keď je zapnutý, SRD sa správa ako dokonalá dióda. Keď je SRD vypnutý, je prevažne nevodivý s určitým zvodovým prúdom, ale vo všeobecnosti nie je dostatočný na to, aby spôsobil výraznú stratu výkonu vo väčšine aplikácií.

Na obrázku nižšie sú zobrazené krivky krokovej obnovy pre oba typy SRD. Horná krivka zobrazuje typ rýchleho obnovenia, ktorý pri prechode do vypnutého stavu vyžaruje veľké množstvo svetla. Naopak, spodná krivka ukazuje diódu s ultrarýchlou obnovou optimalizovanou pre vysokorýchlostnú prevádzku a vykazujúcu len zanedbateľné viditeľné žiarenie počas prechodu zo zapnutia do vypnutia.

Na zapnutie SRD musí anódové napätie prekročiť prahové napätie stroja (VT). SRD sa vypne, keď je anódový potenciál menší alebo rovný potenciálu katódy.

tunelová dióda

Tunelová dióda je formou kvantového inžinierstva, ktorá berie dva kusy polovodiča a spája jeden kus s druhou stranou smerom von. Tunelová dióda je jedinečná v tom, že elektróny prúdia cez polovodič namiesto okolo neho. To je jeden z hlavných dôvodov, prečo je tento typ techniky taký jedinečný, pretože žiadna iná forma transportu elektrónov až do tohto bodu nedokázala takýto výkon. Jedným z dôvodov, prečo sú tunelové diódy také populárne, je to, že zaberajú menej miesta ako iné formy kvantového inžinierstva a môžu byť tiež použité v mnohých aplikáciách v mnohých oblastiach.

Varaktorová dióda

Varaktorová dióda je polovodič používaný v napäťovo regulovanej variabilnej kapacite. Varaktorová dióda má dve prípojky, jedno na anódovej strane PN prechodu a druhé na katódovej strane PN prechodu. Keď privediete napätie na varaktor, umožní vytvorenie elektrického poľa, ktoré zmení šírku jeho vyčerpanej vrstvy. Tým sa efektívne zmení jeho kapacita.

laserová dióda

Laserová dióda je polovodič, ktorý vyžaruje koherentné svetlo, nazývané aj laserové svetlo. Laserová dióda vyžaruje nasmerované paralelné svetelné lúče s nízkou divergenciou. To je na rozdiel od iných svetelných zdrojov, ako sú bežné LED diódy, ktorých vyžarované svetlo je veľmi divergentné.

Laserové diódy sa používajú na optické ukladanie, laserové tlačiarne, skenery čiarových kódov a komunikáciu z optických vlákien.

Dióda na potlačenie prechodov

Dióda potlačenia prechodového napätia (TVS) je dióda navrhnutá na ochranu pred napäťovými rázmi a inými typmi prechodných javov. Je tiež schopný oddeliť napätie a prúd, aby sa zabránilo prechodu vysokého napätia do elektroniky čipu. Dióda TVS nebude viesť počas normálnej prevádzky, ale bude viesť iba počas prechodného javu. Počas elektrického prechodu môže TVS dióda pracovať s rýchlymi dv/dt špičkami a veľkými dv/dt špičkami. Zariadenie sa zvyčajne nachádza vo vstupných obvodoch mikroprocesorových obvodov, kde spracováva vysokorýchlostné spínacie signály.

Diódy dopované zlatom

Zlaté diódy možno nájsť v kondenzátoroch, usmerňovačoch a iných zariadeniach. Tieto diódy sa používajú hlavne v elektronickom priemysle, pretože na vedenie elektriny nevyžadujú veľké napätie. Diódy dopované zlatom môžu byť vyrobené z polovodičových materiálov typu p alebo n. Zlatom dotovaná dióda vedie elektrinu efektívnejšie pri vysokých teplotách, najmä v diódach typu n.

Zlato nie je ideálny materiál pre dopingové polovodiče, pretože atómy zlata sú príliš veľké na to, aby sa ľahko zmestili do polovodičových kryštálov. To znamená, že zlato zvyčajne veľmi dobre nedifunduje do polovodiča. Jedným zo spôsobov, ako zväčšiť veľkosť atómov zlata, aby mohli difundovať, je pridať striebro alebo indium. Najbežnejšou metódou používanou na dopovanie polovodičov zlatom je použitie borohydridu sodného, ​​ktorý pomáha vytvárať zliatinu zlata a striebra v polovodičovom kryštáli.

Diódy dopované zlatom sa bežne používajú vo vysokofrekvenčných aplikáciách. Tieto diódy pomáhajú znižovať napätie a prúd rekuperáciou energie zo zadného EMF vnútorného odporu diódy. Diódy dopované zlatom sa používajú v strojoch, ako sú odporové siete, lasery a tunelové diódy.

Super bariérové ​​diódy

Superbariérové ​​diódy sú typom diódy, ktorú možno použiť vo vysokonapäťových aplikáciách. Tieto diódy majú nízke priepustné napätie pri vysokej frekvencii.

Superbariérové ​​diódy sú veľmi všestranným typom diódy, pretože môžu pracovať v širokom rozsahu frekvencií a napätí. Používajú sa hlavne v silových spínacích obvodoch pre rozvodné systémy, usmerňovače, meniče motorov a napájacie zdroje.

Superbariérová dióda sa skladá hlavne z oxidu kremičitého s pridanou meďou. Superbariérová dióda má niekoľko konštrukčných možností, vrátane planárnej germániovej superbariérovej diódy, spojovacej superbariérovej diódy a izolačnej superbariérovej diódy.

Peltierova dióda

Peltierova dióda je polovodič. Môže sa použiť na generovanie elektrického prúdu v reakcii na tepelnú energiu. Toto zariadenie je stále nové a ešte nie je úplne pochopené, ale zdá sa, že by mohlo byť užitočné na premenu tepla na elektrinu. To je možné použiť pre ohrievače vody alebo dokonca v autách. To by umožnilo využitie tepla generovaného spaľovacím motorom, čo je zvyčajne plytvanie energiou. Motor by tiež mohol pracovať efektívnejšie, pretože by nemusel produkovať toľko energie (teda spotrebovať menej paliva), ale namiesto toho by Peltierova dióda premieňala odpadové teplo na energiu.

kryštálová dióda

Kryštálové diódy sa bežne používajú na úzkopásmové filtrovanie, oscilátory alebo napäťovo riadené zosilňovače. Kryštálová dióda sa považuje za špeciálnu aplikáciu piezoelektrického efektu. Tento proces pomáha generovať napäťové a prúdové signály pomocou ich vlastných vlastností. Kryštálové diódy sa tiež bežne kombinujú s inými obvodmi, ktoré poskytujú zosilnenie alebo iné špecializované funkcie.

Lavínová dióda

Lavínová dióda je polovodič, ktorý generuje lavínu z jedného elektrónu z vodivého pásma do valenčného pásma. Používa sa ako usmerňovač vo vysokonapäťových jednosmerných silových obvodoch, ako detektor infračerveného žiarenia a ako fotovoltaický stroj na ultrafialové žiarenie. Lavínový efekt zvyšuje dopredný pokles napätia na dióde, takže môže byť oveľa menší ako prierazné napätie.

Silikónový riadený usmerňovač

Silicon Controlled Rectifier (SCR) je trojpólový tyristor. Bol navrhnutý tak, aby fungoval ako spínač v mikrovlnných rúrach na ovládanie výkonu. Môže byť spustený prúdom alebo napätím, alebo oboma, v závislosti od nastavenia výstupu brány. Keď je hradlový kolík záporný, umožňuje prúdenie prúdu cez SCR, a keď je kladný, blokuje prúdenie cez SCR. Umiestnenie kolíka hradla určuje, či prúd prechádza alebo je zablokovaný, keď je na svojom mieste.

Vákuové diódy

Vákuové diódy sú ďalším typom diódy, ale na rozdiel od iných typov sa používajú vo vákuových trubiciach na reguláciu prúdu. Vákuové diódy umožňujú prúdenie prúdu pri konštantnom napätí, ale majú aj riadiacu mriežku, ktorá toto napätie mení. V závislosti od napätia v riadiacej mriežke vákuová dióda prúd buď povolí, alebo zastaví. Vákuové diódy sa používajú ako zosilňovače a oscilátory v rádiových prijímačoch a vysielačoch. Slúžia tiež ako usmerňovače, ktoré konvertujú striedavý prúd na jednosmerný prúd pre použitie v elektrických zariadeniach.

PIN dióda

PIN diódy sú typom pn prechodovej diódy. Vo všeobecnosti sú PINy polovodič, ktorý vykazuje nízky odpor, keď sa naň privedie napätie. Tento nízky odpor sa bude zvyšovať so zvyšujúcim sa napätím. PIN kódy majú prahové napätie predtým, ako sa stanú vodivými. Ak teda nie je aplikované žiadne záporné napätie, dióda neprejde prúdom, kým nedosiahne túto hodnotu. Množstvo prúdu pretekajúceho kovom bude závisieť od rozdielu potenciálov alebo napätia medzi oboma svorkami a nebude dochádzať k úniku z jednej svorky na druhú.

Bodová kontaktná dióda

Bodová dióda je jednosmerné zariadenie schopné zlepšiť RF signál. Point-Contact sa tiež nazýva neprechodný tranzistor. Pozostáva z dvoch drôtov pripevnených k polovodičovému materiálu. Keď sa tieto drôty dotknú, vytvorí sa "bod zovretia", kde sa môžu elektróny prechádzať. Tento typ diódy sa používa najmä s AM rádiami a inými zariadeniami, ktoré im umožňujú detekovať RF signály.

Dióda Hanna

Gunnova dióda je dióda pozostávajúca z dvoch antiparalelných pn prechodov s asymetrickou výškou bariéry. To má za následok silné potlačenie toku elektrónov v smere dopredu, zatiaľ čo prúd stále tečie v opačnom smere.

Tieto zariadenia sa bežne používajú ako mikrovlnné generátory. Vynašli ich okolo roku 1959 J. B. Gann a A. S. Newell na Royal Post Office v Spojenom kráľovstve, odkiaľ pochádza aj názov: „Gann“ je skratka ich mien a „dióda“, pretože pracovali na plynových zariadeniach (Newell predtým pracoval v Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, kde pracoval na polovodičových zariadeniach).

Prvou rozsiahlou aplikáciou diód Gunn bola prvá generácia britského vojenského rádiového zariadenia UHF, ktoré sa začalo používať okolo roku 1965. Vojenské AM rádiá tiež hojne využívali Gunn diódy.

Charakteristickým znakom Gunnovej diódy je, že prúd je len 10-20% prúdu bežnej kremíkovej diódy. Okrem toho je pokles napätia na dióde asi 25-krát menší ako pri konvenčnej dióde, typicky 0 mV pri izbovej teplote pre XNUMX.

Videonávod

Čo je to dióda - Elektronický návod pre začiatočníkov

Záver

Dúfame, že ste sa naučili, čo je dióda. Ak máte záujem dozvedieť sa viac o tom, ako tento úžasný komponent funguje, pozrite si naše články na stránke diód. Veríme, že všetko, čo ste sa naučili, uplatníte aj tentokrát.