Mis on diood?

Diood on kahe klemmiga elektrooniline komponent, piirab voolu voolu ühes suunas ja võimaldab sellel vabalt liikuda vastassuunas. Sellel on elektroonikaahelates palju kasutusvõimalusi ning seda saab kasutada alaldi, inverteri ja generaatori ehitamiseks.

Selles artiklis me võtame pilku mis on diood ja kuidas see töötab. Vaatame ka mõningaid selle levinumaid kasutusviise elektroonilistes vooluringides. Nii et alustame!

Kuidas diood töötab?

Diood on elektrooniline seade, mis võimaldab vool peab liikuma ühes suunas. Tavaliselt leidub neid elektriahelates. Need töötavad pooljuhtmaterjali alusel, millest need on valmistatud, mis võib olla kas N-tüüpi või P-tüüpi. Kui diood on N-tüüpi, läbib see voolu ainult siis, kui pinge on rakendatud dioodi noolega samas suunas, samas kui P-tüüpi dioodid läbivad voolu ainult siis, kui pinge on rakendatud selle noolega vastupidises suunas.

Pooljuhtmaterjal võimaldab voolul liikuda, luuestühjenemistsoon', see on piirkond, kus elektronid on keelatud. Pärast pinge rakendamist jõuab tühjenemistsoon dioodi mõlemasse otsa ja laseb voolu läbi selle voolata. Seda protsessi nimetatakse "ettepoole kallutatus'.

Kui pinge on rakendatud vastupidi pooljuhtmaterjal, vastupidine eelpinge. See põhjustab tühjenemise tsooni ulatumist ainult terminali ühest otsast ja peatab voolu voolamise. Selle põhjuseks on asjaolu, et kui pinget rakendataks P-tüüpi pooljuhi noolega samal marsruudil, toimiks P-tüüpi pooljuht nagu N-tüüpi pooljuht, kuna see võimaldaks elektronidel liikuda noolele vastupidises suunas.

Dioodi voolu vool

Milleks dioode kasutatakse?

Dioode kasutatakse selleks teisendada alalisvool vahelduvvooluks, blokeerides samal ajal elektrilaengute pöördjuhtimise. Seda põhikomponenti võib leida ka dimmeritest, elektrimootoritest ja päikesepaneelidest.

Dioode kasutatakse arvutites kaitse arvuti elektroonikakomponentide kahjustuste eest voolupingetest tingitud kahjustuste eest. Need vähendavad või blokeerivad pinget, mis ületab masina jaoks vajaliku pinge. See vähendab ka arvuti energiatarbimist, säästab energiat ja vähendab seadme sees tekkivat soojust. Dioode kasutatakse kõrgekvaliteedilistes seadmetes, nagu ahjud, nõudepesumasinad, mikrolaineahjud ja pesumasinad. Neid kasutatakse nendes seadmetes kaitseks kahju elektrikatkestustest põhjustatud voolupingete tõttu.

Dioodide rakendamine

• parandus
• Nagu lüliti
• Allika isolatsiooniahel
• Võrdluspingena
• Sagedusmikser
• Pöördvoolukaitse
• Vastupidise polaarsuse kaitse
• Ülepingekaitse
• AM mähisjoone detektor või demodulaator (diooddetektor)
• Nagu valgusallikas
• Positiivse temperatuurianduri ahelas
• Valgusanduri ahelas
• Päikesepatarei või fotogalvaaniline aku
• Nagu lõikemasin
• Nagu fiksaator

Dioodi ajalugu

Sõna "diood" pärineb Греческий sõna "dioodid" või "dioodid". Dioodi eesmärk on võimaldada elektril voolata ainult ühes suunas. Dioodi võib nimetada ka elektrooniliseks ventiiliks.

Leiti Henry Josephi ümmargune läbi oma katsete elektriga 1884. aastal. Need katsed viidi läbi vaakumklaasist toruga, mille mõlemas otsas olid metallelektroodid. Katoodil on positiivse laenguga plaat ja anoodil negatiivse laenguga plaat. Kui vool läbis toru, süttib see, mis näitab, et energia voolab läbi ahela.

Kes leiutas dioodi

Kuigi esimese pooljuhtdioodi leiutas 1906. aastal John A. Fleming, omistatakse see William Henry Price'ile ja Arthur Schusterile, kes leiutasid seadme 1907. aastal iseseisvalt.

William Henry Preece ja Arthur Schuster

Dioodide tüübid

• Väike signaaldiood
• Suur signaaldiood
• Stabilitron
• valgusdiood (LED)
• DC dioodid
• Schottky diood
• Shockley diood
• Sammutaaste dioodid
• tunneli diood
• Varactori diood
• laserdiood
• Mööduv summutusdiood
• Kullaga legeeritud dioodid
• Superbarjääri dioodid
• Peltieri diood
• kristalldiood
• Laviini diood
• Ränist juhitav alaldi
• Vaakumdioodid
• PIN-diood
• kokkupuutepunkt
• Diood Hanna

Väike signaaldiood

Väike signaaldiood on pooljuhtseade, millel on kiire lülitusvõime ja madal juhtivuspinge langus. See pakub kõrget kaitset elektrostaatilisest laengust tingitud kahjustuste eest.

Suur signaaldiood

Suur signaaldiood on teatud tüüpi diood, mis edastab signaale suurema võimsusega kui väike signaaldiood. Vahelduvvoolu konverteerimiseks alalisvooluks kasutatakse tavaliselt suurt signaalidioodi. Suur signaalidiood edastab signaali ilma võimsuskadudeta ja on odavam kui elektrolüütkondensaator.

Lahutuskondensaatorit kasutatakse sageli koos suure signaaldioodiga. Selle seadme kasutamine mõjutab vooluahela mööduvat reaktsiooniaega. Lahtisidestuskondensaator aitab piirata impedantsi muutustest põhjustatud pingekõikumisi.

Stabilitron

Zeneri diood on spetsiaalne tüüp, mis juhib elektrit ainult alalispinge languse all olevas piirkonnas. See tähendab, et kui Zener-dioodi üks klemm on pingestatud, võimaldab see voolu liikuda teisest klemmist pingestatud terminali. On oluline, et seda seadet kasutataks õigesti ja see oleks maandatud, vastasel juhul võib see teie vooluahelat jäädavalt kahjustada. Samuti on oluline, et seda seadet kasutataks õues, kuna niiskesse atmosfääri asetades läheb see rikki.

Kui zeneri dioodile rakendatakse piisavat voolu, tekib pingelangus. Kui see pinge jõuab või ületab masina läbilöögipinge, siis võimaldab see voolu ühest klemmist läbida.

valgusdiood (LED)

Valgusdiood (LED) on valmistatud pooljuhtmaterjalist, mis kiirgab valgust, kui seda läbib piisav kogus elektrivoolu. LED-ide üks olulisemaid omadusi on see, et nad muudavad elektrienergia väga tõhusalt optiliseks energiaks. LED-e kasutatakse ka indikaatortuledena, et näidata sihtmärke elektroonilistel seadmetel, nagu arvutid, kellad, raadiod, televiisorid jne.

LED on mikrokiibitehnoloogia arengu musternäide ja võimaldanud olulisi muutusi valgustuse vallas. Valgusdioodid kasutavad valguse genereerimiseks vähemalt kahte pooljuhtkihti, ühte pn-siirdet kandjate (elektronide ja aukude) genereerimiseks, mis seejärel saadetakse "barjääri" kihi vastaskülgedele, mis hõivavad ühelt poolt augud ja teiselt poolt elektronid. . Lõksu jäänud kandjate energia taaskombineerub "resonantsis", mida tuntakse elektroluminestsentsina.

LED-i peetakse tõhusaks valgustuse tüübiks, kuna see eraldab koos valgusega vähe soojust. Sellel on pikem eluiga kui hõõglampidel, mis võivad kesta kuni 60 korda kauem, neil on suurem valgusvõimsus ja mis eraldavad vähem toksilisi heitmeid kui traditsioonilised luminofoorlambid.

LED-ide suurim eelis on asjaolu, et nende tööks on vaja väga vähe voolu, olenevalt LED-i tüübist. Nüüd on võimalik kasutada LED-e, mille toiteallikad ulatuvad päikesepatareidest akude ja isegi vahelduvvooluni.

LED-e on palju erinevat tüüpi ja neid on erinevates värvides, sealhulgas punane, oranž, kollane, roheline, sinine, valge ja palju muud. Tänapäeval on saadaval LED-id valgusvooga 10–100 luumenit vati kohta (lm/W), mis on peaaegu sama, mis tavalistel valgusallikatel.

DC dioodid

Püsivoolu diood ehk CCD on teatud tüüpi pingeregulaatori diood toiteallikate jaoks. CCD põhiülesanne on vähendada väljundvõimsuse kadusid ja parandada pinge stabiliseerimist, vähendades selle kõikumisi koormuse muutumisel. CCD-d saab kasutada ka alalisvoolu sisendvõimsuse reguleerimiseks ja alalisvoolutasemete juhtimiseks väljundsiinidel.

Schottky diood

Schottky dioode nimetatakse ka kuumakande dioodideks.

Schottky dioodi leiutas dr Walter Schottky 1926. aastal. Schottky dioodi leiutamine on võimaldanud meil kasutada usaldusväärsete signaaliallikatena LED-e (valgusdioode).

Dioodil on kõrgsageduslikes ahelates kasutamisel väga kasulik mõju. Schottky diood koosneb peamiselt kolmest komponendist; P, N ja metall-pooljuht ristmik. Selle seadme konstruktsioon on selline, et tahke pooljuhi sees moodustub terav üleminek. See võimaldab kandjatel minna pooljuhtidelt metallile. See omakorda aitab vähendada pärivoolu pinget, mis omakorda vähendab võimsuskadusid ja suurendab Schottky dioode kasutavate seadmete lülituskiirust väga suure varuga.

Shockley diood

Shockley diood on elektroodide asümmeetrilise paigutusega pooljuhtseade. Diood juhib voolu ühes suunas ja palju vähem, kui polaarsus on vastupidine. Kui Shockley dioodil hoitakse välist pinget, nihkub see rakendatava pinge kasvades järk-järgult edasi, kuni punktini, mida nimetatakse "katkestuspingeks", mille juures ei ole märgatavat voolu, kuna kõik elektronid taasühendavad aukudega. . Voolu-pinge karakteristiku graafilisel kujutisel olevast väljalülituspingest väljaspool on negatiivse takistuse piirkond. Shockley toimib selles vahemikus negatiivsete takistuste väärtustega võimendina.

Shockley tööd saab kõige paremini mõista, jagades selle kolmeks osaks, mida nimetatakse piirkondadeks, vool vastupidises suunas alt üles on vastavalt 0, 1 ja 2.

Piirkonnas 1, kui päripinge jaoks rakendatakse positiivset pinget, difundeeruvad elektronid p-tüüpi materjalist n-tüüpi pooljuhtidesse, kus enamuskandjate asendamise tõttu moodustub "tühjenemistsoon". Tühjenemistsoon on piirkond, kus pinge rakendamisel eemaldatakse laengukandjad. Tühjenemistsoon pn-siirde ümber takistab voolu läbimist läbi ühesuunalise seadme esiosa.

Kui elektronid sisenevad p-tüüpi küljelt n-poolele, moodustub "tühjenemistsoon" üleminekul alt üles kuni auguvoolu tee blokeerimiseni. Ülevalt alla liikuvad augud rekombineeruvad elektronidega, mis liiguvad alt üles. See tähendab, et juhtivusriba ammendumistsoonide ja valentsriba vahele ilmub "rekombinatsioonitsoon", mis takistab põhikandjate edasist voolamist läbi Shockley dioodi.

Vooluvoolu juhib nüüd üks kandja, mis on vähemuskandja, st elektronid antud juhul n-tüüpi pooljuhi puhul ja augud p-tüüpi materjali jaoks. Seega võime öelda, et siin juhivad voolu voolu enamuskandjad (augud ja elektronid) ja voolu vool ei sõltu rakendatud pingest seni, kuni on piisavalt vabu kandjaid, mida juhtida.

Piirkonnas 2 rekombineeruvad ammendumistsoonist emiteeritud elektronid teisel pool asuvate aukudega ja loovad uued enamuskandjad (elektronid p-tüüpi materjalis n-tüüpi pooljuhi jaoks). Kui need augud sisenevad tühjenemistsooni, lõpetavad nad voolutee läbi Shockley dioodi.

Piirkonnas 3, kui pöördpinge jaoks rakendatakse välist pinget, ilmub ristmikule ruumi laengupiirkond või ammendumistsoon, mis koosneb nii enamus- kui ka vähemuskandjatest. Elektron-augu paarid eralduvad nendele rakenduva pinge tõttu, mille tulemuseks on triivvool läbi Shockley. See põhjustab väikese koguse voolu voolamist läbi Shockley dioodi.

Sammutaaste dioodid

Astmetaastediood (SRD) on pooljuhtseade, mis suudab tagada anoodi ja katoodi vahel fikseeritud, tingimusteta stabiilse juhtivuse. Üleminek väljalülitatud olekust sisselülitatud olekusse võivad olla põhjustatud negatiivsetest pingeimpulssidest. Kui see on sisse lülitatud, käitub SRD nagu täiuslik diood. Kui see on välja lülitatud, on SRD valdavalt mittejuhtiv ja teatud lekkevooluga, kuid üldiselt mitte piisav, et enamikus rakendustes põhjustada märkimisväärset võimsuskadu.

Alloleval joonisel on näidatud mõlemat tüüpi SRD-de astmelise taastamise lainekujud. Ülemine kõver näitab kiire taastumise tüüpi, mis väljalülitatud olekusse minnes kiirgab palju valgust. Seevastu alumisel kõveral on ülikiire taastumisdioodi, mis on optimeeritud kiireks tööks ja millel on sisse-välja ülemineku ajal vaid tühine nähtav kiirgus.

SRD sisselülitamiseks peab anoodi pinge ületama masina lävipinget (VT). SRD lülitub välja, kui anoodi potentsiaal on väiksem või võrdne katoodi potentsiaaliga.

tunneli diood

Tunneldiood on kvanttehnoloogia vorm, mis võtab kaks pooljuhti ja ühendab ühe tüki teise küljega väljapoole. Tunneldiood on ainulaadne selle poolest, et elektronid voolavad läbi pooljuhi, mitte selle ümber. See on üks peamisi põhjuseid, miks seda tüüpi tehnika on nii ainulaadne, sest seni pole ükski teine ​​elektronide transpordi vorm suutnud sellist saavutust saavutada. Üks põhjusi, miks tunneldioodid on nii populaarsed, on see, et nad võtavad vähem ruumi kui muud kvanttehnoloogia vormid ja neid saab kasutada ka paljudes rakendustes paljudes valdkondades.

Varactori diood

Varaktordiood on pooljuht, mida kasutatakse pingega reguleeritava muutuva mahtuvusega. Varaktordioodil on kaks ühendust, üks PN-siirde anoodipoolsel ja teine ​​PN-siirde katoodpoolsel küljel. Kui rakendate varaktorile pinget, võimaldab see tekkida elektriväljal, mis muudab selle ammendumise kihi laiust. See muudab selle mahtuvust tõhusalt.

laserdiood

Laserdiood on pooljuht, mis kiirgab koherentset valgust, mida nimetatakse ka laservalguseks. Laserdiood kiirgab väikese lahknemisega suunatud paralleelseid valguskiire. See on vastupidine teistele valgusallikatele, näiteks tavalistele LED-idele, mille kiirgav valgus on väga erinev.

Laserdioode kasutatakse optiliste salvestusseadmete, laserprinterite, vöötkoodiskannerite ja fiiberoptilise side jaoks.

Mööduv summutusdiood

Transient Voltage Suppression (TVS) diood on diood, mis on loodud kaitsma pinge tõusude ja muud tüüpi siirdetegurite eest. Samuti on see võimeline eraldama pinget ja voolu, et vältida kõrgepingetransientide sattumist kiibi elektroonikasse. TVS-diood ei juhi normaalse töö ajal, vaid juhib ainult ülemineku ajal. Elektrilise ülemineku ajal võib TVS-diood töötada nii kiirete dv/dt piikide kui ka suurte dv/dt piikide korral. Seade asub tavaliselt mikroprotsessorahelate sisendahelates, kus see töötleb kiireid lülitussignaale.

Kullaga legeeritud dioodid

Kulddioode võib leida kondensaatoritest, alalditest ja muudest seadmetest. Neid dioode kasutatakse peamiselt elektroonikatööstuses, kuna need ei vaja elektri juhtimiseks palju pinget. Kullaga legeeritud dioode saab valmistada p- või n-tüüpi pooljuhtmaterjalidest. Kullaga legeeritud diood juhib kõrgetel temperatuuridel elektrit tõhusamalt, eriti n-tüüpi dioodides.

Kuld ei ole ideaalne materjal pooljuhtide dopinguks, sest kullaaatomid on liiga suured, et neid pooljuhtkristallide sisse lihtsalt mahutada. See tähendab, et tavaliselt ei haju kuld väga hästi pooljuhtidesse. Üks viis kullaaatomite suuruse suurendamiseks, et need saaksid hajuda, on lisada hõbedat või indiumit. Kõige tavalisem meetod pooljuhtide kullaga sidumiseks on naatriumboorhüdriidi kasutamine, mis aitab luua pooljuhtkristallides kulla ja hõbeda sulamit.

Kullaga legeeritud dioode kasutatakse tavaliselt kõrgsageduslike energiarakenduste puhul. Need dioodid aitavad vähendada pinget ja voolu, taastades energiat dioodi sisemise takistuse tagumisest EMF-ist. Kullaga legeeritud dioode kasutatakse sellistes masinates nagu takistivõrgud, laserid ja tunneldioodid.

Superbarjääri dioodid

Superbarjääridioodid on teatud tüüpi dioodid, mida saab kasutada kõrgepingerakendustes. Nendel dioodidel on kõrgel sagedusel madal päripinge.

Superbarjääridioodid on väga mitmekülgset tüüpi dioodid, kuna need võivad töötada paljudel sagedustel ja pingetel. Neid kasutatakse peamiselt elektrijaotussüsteemide, alaldite, mootori ajami muundurite ja toiteallikate toitelülitusahelates.

Superbarrier diood koosneb peamiselt ränidioksiidist, millele on lisatud vaske. Superbarrier dioodil on mitu konstruktsiooni, sealhulgas tasapinnaline germaaniumist superbarrier diood, ristmiku superbarrier diood ja isoleeriv superbarrier diood.

Peltieri diood

Peltieri diood on pooljuht. Seda saab kasutada elektrivoolu genereerimiseks vastuseks soojusenergiale. See seade on veel uus ja pole veel täielikult mõistetav, kuid tundub, et see võib olla kasulik soojuse muundamiseks elektriks. Seda saab kasutada veesoojendite või isegi autode jaoks. See võimaldaks ära kasutada sisepõlemismootori tekitatud soojust, mis on tavaliselt raisatud energia. See võimaldaks ka mootoril tõhusamalt töötada, kuna see ei peaks tootma nii palju võimsust (seega vähem kütust), vaid Peltieri diood muudaks jääksoojuse võimsuseks.

kristalldiood

Kristalldioode kasutatakse tavaliselt kitsariba filtreerimiseks, ostsillaatoriteks või pingega juhitavateks võimenditeks. Kristalldioodi peetakse piesoelektrilise efekti eriliseks rakenduseks. See protsess aitab genereerida pinge- ja voolusignaale, kasutades nende loomupäraseid omadusi. Kristalldioode kombineeritakse tavaliselt ka muude vooluahelatega, mis pakuvad võimendust või muid erifunktsioone.

Laviini diood

Laviinidiood on pooljuht, mis tekitab laviini juhtivusribast ühest elektronist valentsribale. Seda kasutatakse alaldina kõrgepinge alalisvooluahelates, infrapunakiirguse detektorina ja ultraviolettkiirguse fotogalvaanilise masinana. Laviiniefekt suurendab dioodi päripinge langust nii, et seda saab muuta palju väiksemaks kui läbilöögipinge.

Ränist juhitav alaldi

Silicon Controlled Rectifier (SCR) on kolme klemmiga türistor. See töötati välja nagu mikrolaineahjude lüliti võimsuse juhtimiseks. Sõltuvalt värava väljundi seadistusest võib selle käivitada vool või pinge või mõlemad. Kui värava tihvt on negatiivne, laseb see voolul läbi SCR-i voolata ja kui see on positiivne, blokeerib see voolu läbi SCR-i. Värava tihvti asukoht määrab, kas vool läbib või blokeeritakse, kui see on paigas.

Vaakumdioodid

Vaakumdioodid on teist tüüpi dioodid, kuid erinevalt teistest tüüpidest kasutatakse neid vaakumtorudes voolu reguleerimiseks. Vaakumdioodid võimaldavad voolul voolata püsiva pingega, kuid neil on ka juhtvõrk, mis muudab seda pinget. Olenevalt pingest juhtvõrgus lubab või peatab vaakumdiood voolu. Vaakumdioode kasutatakse raadiovastuvõtjate ja -saatjate võimendite ja ostsillaatoritena. Need on ka alaldid, mis muudavad vahelduvvoolu alalisvooluks elektriseadmetes kasutamiseks.

PIN-diood

PIN-dioodid on teatud tüüpi pn-siirde dioodid. Üldiselt on PIN-koodid pooljuht, millel on madal takistus, kui sellele rakendatakse pinget. See madal takistus suureneb rakendatava pinge kasvades. PIN-koodidel on enne juhtivaks muutumist künnispinge. Seega, kui negatiivset pinget ei rakendata, ei läbi diood voolu enne, kui see saavutab selle väärtuse. Metalli läbiva voolu hulk sõltub mõlema klemmi vahelisest potentsiaalide erinevusest või pingest ning ühest terminalist teise ei leki.

Punktkontaktdiood

Punktdiood on ühesuunaline seade, mis suudab RF-signaali parandada. Point-Contacti nimetatakse ka mittesiirdetransistoriks. See koosneb kahest pooljuhtmaterjali külge kinnitatud juhtmest. Kui need juhtmed kokku puutuvad, tekib "pigistamispunkt", kus elektronid saavad ristuda. Seda tüüpi dioode kasutatakse eelkõige AM-raadio ja muude seadmetega, mis võimaldavad neil RF-signaale tuvastada.

Diood Hanna

Gunni diood on diood, mis koosneb kahest asümmeetrilise tõkkekõrgusega antiparalleelsest pn-siirdest. Selle tulemuseks on elektronide voo tugev pärssimine edasisuunas, samas kui vool liigub endiselt vastupidises suunas.

Neid seadmeid kasutatakse tavaliselt mikrolainegeneraatoritena. Need leiutasid 1959. aasta paiku J. B. Gann ja A. S. Newell Ühendkuningriigi kuninglikus postkontoris, kust nimi pärineb: "Gann" on nende nimede lühend ja "diood", kuna need töötasid gaasiseadmetega (Newell töötas varem Edisoni kommunikatsiooniinstituudis). Bell Laboratories, kus ta töötas pooljuhtseadmetega).

Gunni dioodide esimene suuremahuline rakendus oli Briti sõjaväe UHF-raadioseadmete esimene põlvkond, mis võeti kasutusele 1965. aasta paiku. Sõjaväe AM-raadiod kasutasid samuti laialdaselt Gunni dioode.

Gunni dioodi omadus on see, et voolutugevus on vaid 10-20% tavalise ränidioodi omast. Lisaks on pingelang dioodil umbes 25 korda väiksem kui tavalisel dioodil, tavaliselt 0 mV toatemperatuuril XNUMX-i jaoks.

Videoõpetus

Mis on diood – elektroonikaõpetus algajatele

Järeldus

Loodame, et olete õppinud, mis on diood. Kui soovite selle hämmastava komponendi toimimise kohta rohkem teada saada, vaadake meie artikleid dioodide lehel. Usume, et rakendad kõike õpitut ka seekord.