Что делает диод. Применение диодов. Специальные типы диодов

Немецкий учёный Карл Фердинанд Браун открыл принцип действия кристаллических (твёрдотельных) диодов.

Принципы работы термионного диода были заново открыты 13 февраля 1880 года Томасом Эдисоном , и затем, в 1883 году , запатентованы (патент США № 307031). Однако дальнейшего развития в работах Эдисона идея не получила. В 1899 году немецкий учёный Карл Фердинанд Браун запатентовал выпрямитель на кристалле . Джэдиш Чандра Боус развил далее открытие Брауна в устройство, применимое для детектирования радио. Около 1900 года Гринлиф Пикард создал первый радиоприёмник на кристаллическом диоде. Первый термионный диод был запатентован в Британии Джоном Амброзом Флемингом (научным советником компании Маркони и бывшим сотрудником Эдисона) 16 ноября 1904 года (патент США № 803684 от ноября 1905 года). 20 ноября 1906 года Пикард запатентовал кремниевый кристаллический детектор (патент США № 836531).

На следующем видео показано, как работает замыкание индукционного тока на бесконтактном диоде. Качество звука, к сожалению, не очень велико в этом видео. Идеальный диод представляет собой дискретный компонент, который позволяет циркулировать ток между его клеммами в определенном направлении, блокируя его в противоположном направлении. На рисунке 1 показан символ и характеристическая кривая напряжений для операции идеального диода. Направление, разрешенное для тока, от анода до катода.

Идеальный диод - это компонент, который имеет нулевое сопротивление текущей стороне в определенном направлении и бесконечное сопротивление в противоположном направлении. Наконечник стрелки символа на рисунке указывает допустимое направление тока. Поскольку в каждой зоне общий заряд нейтрален, для каждого электрона есть положительный ион, а для каждого зазора отрицательный ион нет распределений чистого заряда или внутренних электрических полей. Создавая две зоны различной концентрации носителей, вступает в действие механизм диффузии, который стремится переносить частицы из того места, где есть больше, где меньше.

В конце XIX века устройства подобного рода были известны под именем выпрямителей, и лишь в 1919 году Вильям Генри Иклс ввёл в оборот слово «диод», образованное от греческих корней «di» - два, и «odos» - путь .

Ключевую роль в разработке первых отечественных полупроводниковых диодов в 1930-х годах сыграл советский физик Б. М. Вул .

Электрическое поле противостоит движению носителей в соответствии с диффузией и растет, когда все больше зарядов переходит в противоположную зону, пока сила диффузии и электрическое поле не уравновешиваются, а перенос носителей прекращается. В нем действует электрическое поле, т.е. существует потенциальный барьер.

Зенеровский диод в основном представляет собой общий диод, который предназначен для использования обратного напряжения разрыва с резкой или резкой характеристической кривой. Это достигается в основном за счет контроля легирования. При этом достигается разрывное напряжение от 2 В до 200 В и максимальная мощность от 5 Вт до 50 Вт. Характеристическая кривая стабилитрона не очень отличается от характеристики диода идеи. Его основные применения - это регулятор напряжения или триммер. С транзистором пришли миниатюризация компонентов и пришли к открытию интегральных схем, которые размещены в нескольких квадратных миллиметрах, тысячи транзисторов.

Типы диодов

первый элемент буквенно-цифрового кода обозначает исходный материал (полупроводник), на основе которого изготовлен диод, например:
- Г или 1 - германий или его соединения;
- К или 2 - кремний или его соединения;
- А или 3 - соединения галлия (например, арсенид галлия);
- И или 4 - соединения индия (например, фосфид индия);
второй элемент - буквенный индекс, определяющий подкласс приборов;
- Д - для обозначения выпрямительных, импульсных , магнито- и термодиодов;
- Ц - выпрямительных столбов и блоков;
- В - варикапов ;
- И - туннельных диодов ;
- А - сверхвысокочастотных диодов;
- С - стабилитронов , в том числе стабисторов и ограничителей;
- Л - излучающие оптоэлектронные приборы;
- О - оптопары;
- Н - диодные тиристоры;
третий элемент - цифра (или в случае оптопар - буква), определяющая один из основных признаков прибора (параметр, назначение или принцип действия);
четвёртый элемент - число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа изделия;
пятый элемент - буквенный индекс, условно определяющий классификацию по параметрам диодов, изготовленных по единой технологии.

Например: КД212Б, ГД508А, КЦ405Ж.

Эти схемы являются источником микропроцессоров и, следовательно, текущими компьютерами. С другой стороны, замена в электронных сборках классических и старых вакуумных клапанов транзисторами сводится к максимальным потерям тепла оборудования. Существует два основных типа транзисторов.

Специальные типы диодов

Он состоит из трех полупроводниковых кристаллов, соединенных вместе. В зависимости от расположения кристаллов существуют два основных типа биполярных транзисторов. Средний слой намного уже, чем два других. В каждом из этих кристаллов сделан металлический контакт, который вызывает три контакта.

Кроме того, система обозначений предусматривает (в случае необходимости) введение в обозначение дополнительных знаков для выделения отдельных существенных конструктивно-технологических особенностей изделий.

Россия

Продолжает действовать ГОСТ 2.730-73 - «Приборы полупроводниковые. Условные обозначения графические».

Эмитент: Ответственный за предоставление грузовых перевозчиков.
Коллекционер: отвечает за сбор грузовых перевозчиков.

Комплект защищен пластиковой или металлической втулкой. Полупроводниковый диод является самым простым полупроводниковым прибором и может быть обнаружен практически в любой электронной цепи. Диоды изготавливаются в версиях из кремния и германия.

Принцип работы диода

Этот барьер или переход составляет 3 вольт в германиевом диоде и около 6 вольт в кремниевом диоде. В этом случае электроны в Полупроводник не движется и, следовательно, нет. Диод может работать в двух разных режимах. Это когда ток, текущий через диод, следует по пути стрелки, то есть от анода к катоду. В этом случае ток проходит через диод очень легко, ведя себя практически как короткое замыкание.

Импортные радиодетали

Существует ряд общих принципов стандартизации системы кодирования для диодов за рубежом. Наиболее распространены стандарты EIA /JEDEC и европейский «Pro Electron».

EIA/JEDEC

Стандартизированная система EIA370 нумерации 1N-серии была введена в США EIA/JEDEC (Объединенный инженерный консилиум по электронным устройствам) приблизительно в 1960 году. Среди самого популярного в этой серии были: 1N34A/1N270 (германиевый), 1N914/1N4148 (кремниевый), 1N4001-1N4007 (кремниевый выпрямитель 1A) и 1N54xx (мощный кремниевый выпрямитель 3A) .

Pro Electron

Дополнительные сведения: Pro Electron

Согласно европейской системе обозначений активных компонентов Pro Electron , введенной в 1966 году и состоящей из двух букв и числового кода:

первая буква обозначает материал полупроводника:
- A - Germanium (германий) или его соединения;
- B - Silicium (кремний) или его соединения;
вторая буква обозначает подкласс приборов:
- A - сверхвысокочастотные диоды;
- B - варикапы ;
- X - умножители напряжения;
- Y - выпрямительные диоды;
- Z - стабилитроны , например:

AA-серия - германиевые сверхвысокочастотные диоды (например, AA119);
BA-серия - кремниевые сверхвысокочастотные диоды (например: BAT18 - диодный переключатель)
BY-серия - кремниевые выпрямительные диоды (например: BY127 - выпрямительный диод 1250V, 1А);
BZ-серия - кремниевые стабилитроны (например, BZY88C4V7 - стабилитрон 4,7V).

Другие

Другие распространённые системы нумерации/кодирования (обычно производителем) включают:

GD-серия германиевых диодов (например, GD9) - это очень старая система кодирования;
OA-серия германиевых диодов (например, OA47) - кодирующие последовательности разработаны британской компанией Mullard.

Система JIS маркирует полупроводниковые диоды, начиная с «1S».

Кроме того, многие производители или организации имеют свои собственные системы общей кодировки, например:

HP диод 1901-0044 = JEDEC 1N4148
Военный диод CV448 (Великобритания) = Mullard типа OA81 = GEC типа GEX23

Уравнение Шокли для диода

(названо в честь изобретателя транзистора Уильяма Шокли) характеризует диод, обладающий идеальной вольт-амперной характеристикой для прямого и обратного тока. Уравнение Шокли для идеального диода:

I = I S (e V D / (n V T) − 1) , {\displaystyle I=I_{\mathrm {S} }\left(e^{V_{\mathrm {D} }/(nV_{\mathrm {T} })}-1\right),} I - ток, проходящий через диод; I S - ток насыщения диода; V D - напряжение на диоде; V T - термическое напряжение диода; n - коэффициент идеальности , известный также как коэффициент эмиссии .

Коэффициент идеальности n обычно лежит в пределах от 1 до 2 (хотя в некоторых случаях может быть выше) в зависимости от процесса изготовления и полупроводникового материала. Во многих случаях предполагается, что n примерно равно 1 (таким образом, коэффициент n в формуле опускается). Фактор идеальности не является частью уравнения диода Шокли и был добавлен для учёта несовершенства реальных переходов. Поэтому в предположении n = 1 уравнение сводится к уравнению Шокли для идеального диода.

Термическое напряжение V T приблизительно составляет 25,85 мВ при 300 K (температура, близкая к «комнатной температуре», обычно используемой в программах моделирования). Для конкретной температуры его можно найти по формуле:

V T = k T q , {\displaystyle V_{\mathrm {T} }={\frac {kT}{q}}\,}

k - постоянная Больцмана ;
T - абсолютная температура p-n -перехода;
q - элементарный заряд электрона .

Ток насыщения I S не является постоянным для каждого диода, зависит от температуры значительно больше напряжения V T . Напряжение V D обычно уменьшается при увеличении T .

Уравнение Шокли для идеального диода (или закон диода ) получено с допущением, что единственными процессами, вызывающими ток в диоде, является дрейф (под действием электрического тока), диффузия и термическая рекомбинация. Также полагалось, что ток в p-n -области, вызванный термической рекомбинацией, незначителен.

Применение диодов

Диодные выпрямители

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий; см. выпрямитель). Диодный выпрямитель или диодный мост (то есть 4 диода для однофазной схемы, 6 - для трёхфазной полумостовой схемы или 12 - для трёхфазной полномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) - основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодный трёхфазный выпрямитель по схеме А. Н. Ларионова на трёх параллельных полумостах применяется в автомобильных генераторах , преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока с щёточно-коллекторным узлом позволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.

В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор применяются селеновые выпрямители. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводящее (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткому замыканию - пробою.

В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов.

Если соединено последовательно и согласно (в одну сторону) несколько диодов, пороговое напряжение, необходимое для отпирания всех диодов, увеличивается.

Диодные детекторы

Диодная защита

Диоды применяются для защиты устройств от неправильной полярности включения, защиты входов схем от перегрузки, защиты ключей от пробоя ЭДС самоиндукции , возникающей при выключении индуктивной нагрузки и другого.

Для защиты входов аналоговых и цифровых схем от перегрузки используется цепочка из двух диодов, подключённых к шинам питания в обратном направлении. Защищаемый вход подключается к средней точке этой цепочки. При нормальной работе диоды закрыты и почти не оказывают влияния на работу схемы. При уводе потенциала входа за пределы питающего напряжения один из диодов открывается и шунтирует вход схемы, ограничивая таким образом допустимый потенциал входа диапазоном в пределах питающего напряжения плюс прямое падение напряжения на диоде. Такие цепочки могут быть уже включены в состав ИС на этапе проектирования кристалла, либо предусматриваться при разработке схем узлов, блоков, устройств. Выпускаются готовые защитные сборки из двух диодов в трёхвыводных «транзисторных» корпусах.

Для сужения или расширения диапазона защиты вместо потенциалов питания необходимо использовать другие потенциалы в соответствии с требуемым диапазоном. При защите от мощных помех, возникающих на длинных проводных линиях, например, при грозовых разрядах, может потребоваться использование более сложных схем, вместе с диодами включающих в себя

Диод - 2-электродный электровакуумный, полупроводниковый или газоразрядный прибор с односторонней проводимостью электрического тока: он хорошо пропускает через себя ток в одном направлении и очень плохо - в другом. Это основное свойство диода используется, в частности, для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток.

Схематическое устройство диода:

Конструктивно диод представляет собой небольшую пластинку германия или кремния, одна область (часть объема) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть «дырочной» (содержащей искусственно созданный недостаток электронов), другая - электропроводимостью n-типа, то есть электронной (содержащей избыток электронов). Границу между ними называют p-n переходом. Здесь буквы p и n - первые в латинских словах positiv - «положительный», и negativ - «отрицательный». Область p-типа исходного полупроводника такого прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типа - катодом (отрицательным электродом) диода.

Принцип работы диода .

Если к диоду VD через лампу накаливания HL подключить батарею GB так, чтобы вывод положительного полюса батареи был соединен с анодом, а вывод отрицательного полюса с катодом диода (рис а), тогда в образовавшейся электрической цепи появится ток, о чем будет сигнализировать загоревшаяся лампа HL. Значение этого тока зависит от сопротивления p-n перехода диода и поданного на него постоянного напряжения. Такое состояние диода называют открытым, ток, текущий через него,- прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, благодаря которому диод оказался в открытом состоянии,- прямым напряжением Uпр.

Если полюсы батареи GB поменять местами, как показано на рис. б, то лампа HL не загорится, так как в этом случае диод находится в закрытом состоянии и оказывает току в цепи большое сопротивление. Небольшой ток через p-n переход диода в обратном направлении все же пойдет, но по сравнению с прямым током будет столь незначительным, что нить накала лампы даже не среагирует. Такой ток называют обратным током Iобр, а напряжение, создающее его,- обратным напряжением Uобр.

Можно ли опытным путем проверить эти свойства диода? Конечно, можно. Для этого понадобятся любой плоскостной диод, например из серий Д226, Д202, Д7, миниатюрная лампа накаливания, рассчитанная на ток накала 100...300 мА, например МН 3,5-0,14 (напряжение 3,5 В, ток накала 140 мА), и батарея 3336 (для плоского карманного электрического фонаря) или составленная из трех элементов 343 или 373. Соединять их между собой следует по схемам, приведенным на последнем рисунке. Попеременное изменение полярности включения батареи в цепь будет то открывать, то закрывать диод и тем самым автоматически зажигать и гасить лампу накаливания.

В таком опыте лампа накаливания выполняет двоякую роль: служит индикатором и ограничителем тока в цепи. При непосредственном прямом подключении батареи к диоду ток в цепи может оказаться столь значительным, что p-n переход перегреется и диод выйдет из строя.

Принцип устройства и работы так называемых точечных полупроводниковых диодов, например Д9, Д2, Д220, аналогичен. Площади p-n переходов полупроводниковых диодов в этом случае значительно меньше, чем у плоскостных диодов, поэтому и допустимые токи, текущие через них, меньше.

Главное отличие германиевых диодов от кремниевых в значении прямых напряжений, при которых они открываются и практически не оказывают заметного сопротивления текущим через них токам. Германиевые диоды открываются при прямом напряжении 0,1...0,15 В, а кремниевые - при 0,6...0,7 В.