Me kõik teame suurepäraselt, mis on pooljuhtdiood, kuid vähesed meist teavad dioodi tööpõhimõtet, täna, eriti algajatele, selgitan selle tööpõhimõtet. Diood, nagu teate, läbib voolu ühelt poolt hästi ja vastupidises suunas väga halvasti. Dioodil on kaks klemmi - anood ja katood. Ükski elektrooniline seade pole täielik ilma dioodide kasutamiseta. Dioodi kasutatakse vahelduvvoolu alaldamiseks, dioodsilla abil, mis koosneb neljast dioodist, saab muuta vahelduvvoolu alalisvooluks või kuue dioodi abil muuta kolmefaasiline pinge ühefaasiliseks pingeks, dioodid on kasutatakse mitmesugustes toiteallikates, audio-videoseadmetes, peaaegu kõikjal. Mõnede fotosid näete siit.

Dioodi väljundis võite märgata algse pingetaseme langust 0,5-0,7 volti. Madalama pingega toiteseadmete jaoks kasutatakse Schottky dioodi, sellisel dioodil täheldatakse väikseimat pingelangust - umbes 0,1 V. Põhimõtteliselt kasutatakse Schottky dioode raadiosaatjates ja -vastuvõtjates ning muudes peamiselt kõrgetel sagedustel töötavates seadmetes. Dioodi tööpõhimõte on esmapilgul üsna lihtne: diood on ühesuunalise elektrivoolu juhtivusega pooljuhtseade.

Toiteallika positiivse poolusega ühendatud dioodi väljundit nimetatakse anoodiks, negatiivseks - katoodiks. Dioodikristall on peamiselt valmistatud germaaniumist või ränist, millest ühes piirkonnas on n-tüüpi elektrijuhtivus ehk augupiirkond, mis sisaldab kunstlikult tekitatud elektronide puudust, teises on n-tüüpi juhtivus ehk see sisaldab liigselt elektrone, nendevahelist piiri nimetatakse n-n ristmik , p - ladina keeles sõna positiivne esimene täht, n - sõna negatiivne esimene täht. Kui dioodi anoodile on rakendatud positiivne pinge ja katoodile negatiivne pinge, siis diood läbib voolu, seda nimetatakse otseühenduseks, selles asendis on diood avatud, kui rakendatakse vastupidist, diood ei lase voolu läbi, selles asendis on diood suletud, seda nimetatakse pöördühenduseks.

Dioodi pöördtakistus on väga suur ja ahelates võetakse seda dielektrikuna (isolaatorina). Pooljuhtdioodi töö demonstreerimiseks saate kokku panna lihtsa vooluahela, mis koosneb toiteallikast, koormusest (näiteks hõõglamp või väikese võimsusega elektrimootor) ja pooljuhtdioodist endast. Ühendame kõik vooluringi komponendid järjestikku, toide toiteallikast plussi dioodi anoodile, dioodiga järjestikku, see tähendab, et ühendame lambipirni ühe otsa dioodi katoodiga, ja ühendage sama lambi teine ​​ots toiteallika miinusega. Jälgime lambi hõõgumist, nüüd keerame dioodi ümber, lamp enam ei põle, kuna diood on tagasi ühendatud, üleminek on suletud. Loodan, et see aitab teid tulevikus mingil moel, uustulnukad - A. Kasyan (AKA).

Pooljuhid kasutati raadiotehnikas juba enne vaakumtorude leiutamist. Raadio leiutaja A. S. Popov kasutas elektromagnetlainete tuvastamiseks esmalt kohererit (metalliviilidega klaastoru) ja seejärel terasnõela kontakti süsinikelektroodiga.

See oli esimene pooljuhtdiood- detektor. Hiljem loodi detektorid, kasutades looduslikke ja tehislikke kristalseid pooljuhte (galeen, tsintsiit, kalkopüriit jne).

Selline detektor koosnes hoidiktopsi joodetud pooljuhtkristallist ja terava otsaga teras- või volframvedrust (joonis 1). Otsa asukoht kristallil leiti empiiriliselt, saavutades raadiojaama suurima helitugevuse.

Riis. 1. Pooljuhtdiood - detektor.

1922. aastal avastas Nižni Novgorodi raadiolabori töötaja O. V. Losev tähelepanuväärse nähtuse: selgub, et kristallidetektor suudab tekitada ja võimendada elektrilisi võnkumisi.

See oli tõeline sensatsioon, kuid teaduslike teadmiste puudumine, vajalike katseseadmete puudumine ei võimaldanud tollal pooljuhtides toimuvate protsesside olemust sügavalt uurida ja luua pooljuhtseadmeid, mis suudaksid konkureerida elektronlambiga. .

pooljuhtdiood

Pooljuhtdioodid tähistatud sümboliga, mis on üldsõnaliselt säilinud esimeste raadiovastuvõtjate ajast (joon. 2.6).

Riis. 2. Pooljuhtdioodi tähistus ja struktuur.

Selle sümboli kolmnurga ülaosa näitab suurima juhtivuse suunda (kolmnurk sümboliseerib dioodi anoodi ja juhtjoontega risti olev lühike kriips on selle katood).

Sama tähis tähistab pooljuhtalaldeid, mis koosnevad näiteks mitmest järjestikusest, paralleelsest või segaühendusega dioodist (alaldi poolused jne).

dioodsillad

Raadioseadmete toiteks kasutatakse sageli sildalaldeid. Sama dioodi ühendusskeemi (ruut, mille küljed on moodustatud dioodisümbolitega) kontuur on juba ammu üldtunnustatud, seetõttu hakati selliste alaldite tähistamiseks kasutama lihtsustatud sümbolit - ruutu, mille sees on ühe dioodi sümbol ( joonis 3).

Riis. 3. Dioodi silla tähistus.

Sõltuvalt alaldatud pinge väärtusest võib iga sillaõlg koosneda ühest, kahest või enamast dioodist. Alaldatud pinge polaarsust diagrammidel ei näidata, kuna see on üheselt määratud ruudu sees oleva dioodi sümboliga.

Struktuuriliselt üheks korpuseks ühendatud sillad on kujutatud eraldi, näidates positsioonitähistuses ühte tootesse kuulumist. Dioodide, nagu ka kõigi teiste pooljuhtseadmete, viitetähistuse kõrval on reeglina märgitud nende tüüp.

Dioodi sümboli alusel konstrueeritakse eriomadustega pooljuhtdioodide tähised. Soovitud sümboli saamiseks kasutatakse erimärke, mis kuvatakse kas põhisümbolil endal või selle vahetus läheduses ning mõnele neist tähelepanu koondamiseks asetatakse põhisümbol ringi sisse - sümboli sümboliks. pooljuhtseadme korpus.

tunneli dioodid

Sirget klambrit meenutav märk tähistab tunneldioodide katoodi (joonis 4a). Need on valmistatud väga suure lisandisisaldusega pooljuhtmaterjalidest, mille tulemusena muutub pooljuht poolmetalliks. Voolu-pinge karakteristiku ebatavalise kuju tõttu (sellel on negatiivse takistusega osa) kasutatakse tunneldioode elektriliste signaalide võimendamiseks ja genereerimiseks ning lülitusseadmetes. Nende dioodide oluline eelis on see, et need võivad töötada väga kõrgetel sagedustel.

Riis. 4. Tunneldiood ja selle tähistus.

Erinevad tunneldioodid on pöörddioodid, mille p-n-siirde madala pinge korral on juhtivus vastupidises suunas suurem kui edasisuunas.

Kasutage selliseid dioode vastupidises ühenduses. Pööratud dioodi sümbolil on kujutatud kriips-katoodi kahe löögiga, mis puudutavad seda oma "keskosaga" (joonis 4.6).

zeneri dioodid

Kindla koha toiteallikates, eriti madalpingelistes, võitsid pooljuht zeneri dioodid, mis töötavad ka voolu-pinge karakteristiku pöördharul.

Need on tasapinnalised ränidioodid, mis on valmistatud spetsiaalse tehnoloogia abil. Kui need sisse lülitatakse vastupidises suunas ja ristmikule rakendatakse teatud pinget, siis viimane "murdub läbi" ja tulevikus jäi ristmikku läbiva voolu suurenemisest hoolimata pinge selle üle peaaegu muutumatuks.

Riis. 5. Zeneri diood ja selle tähistus skeemidel.

Selle omaduse tõttu kasutatakse zeneri dioode laialdaselt iseseisvate stabiliseerivate elementidena, aga ka eeskujulike pingeallikatena transistoride stabilisaatorites.

Väikeste eeskujulike pingete saamiseks lülitatakse zeneri dioodid sisse edasisuunas, kusjuures ühe zeneri dioodi stabiliseerimispinge on 0,7 ... 0,8 V. Samad tulemused saadakse ka tavaliste ränidioodide sisselülitamisel pärisuunas.

Madalpinge stabiliseerimiseks on välja töötatud spetsiaalsed pooljuhtdioodid, stabistorid, mida kasutatakse laialdaselt. Nende erinevus zeneri dioodidest seisneb selles, et need töötavad voolu-pinge karakteristiku otseharul, st kui need on sisse lülitatud edasisuunas (juhtivas) suunas.

Zeneri dioodi kuvamiseks diagrammil täiendatakse põhisümboli kriips-katoodi lühikese käiguga, mis on suunatud anoodi sümboli poole (joonis 5, a). Tuleb märkida, et käigu asukoht anoodisümboli suhtes peab olema muutumatu, sõltumata zeneri dioodi sümboli asukohast diagrammil.

See kehtib täielikult kahe anoodi (kahepoolse) zeneri dioodi sümboli kohta (joonis 5.6), mida saab elektriahelasse kaasata igas suunas (tegelikult on need kaks vastastikku ühendatud identset zeneri dioodi).

Varicaps

Elektron-augu ristmikul, millele rakendatakse pöördpinget, on kondensaatori omadused. Sel juhul täidab dielektriku rolli p-n-siirde ise, milles on vähe vabu laengukandjaid, ja plaatide rolli mängivad pooljuhi külgnevad kihid erineva märgiga elektrilaengutega - elektronid ja augud. Muutes pn-siirdele rakendatavat pinget, saate muuta selle paksust ja seega ka pooljuhi kihtide vahelist mahtuvust.

Riis. 6. Varikapid ja nende tähistus skeemidel.

Seda nähtust kasutatakse spetsiaalsetes pooljuhtseadmetes - varikapah[ingliskeelsetest sõnadest vari(võimeline) - muutuv ja kork(acitor) - kondensaator]. Varikapeid kasutatakse laialdaselt võnkeahelate häälestamiseks, automaatsetes sagedusjuhtimisseadmetes ja ka sagedusmodulaatoritena erinevates generaatorites.

Varikapi tingimuslik graafiline tähis (vt joonis 6, a) peegeldab selgelt nende olemust: allosas on paralleelsed kriipsud tajutavad kondensaatori sümbolina. Kick- ja varieeruvad kondensaatorid, varikapslid on sageli valmistatud plokkidena (neid nimetatakse maatriksiteks), millel on ühine katoodi ja eraldi anoodid. Näiteks joonisel fig. 6.6 kujutab kahe varikaapi maatriksi tähistust ja joonisel fig. 6, c - kolmest.

Türistorid

Dioodi põhisümboli alusel tingimuslik türistori tähistused(kreeka keelest türa- uks ja inglise keel (resi) kauplus- takisti). Need on dioodid, mis on vahelduvad ränikihid elektrijuhtivusega p ja p. Türistoris on neli sellist kihti, see tähendab, et sellel on kolm p-p üleminekut (p-p-p-p struktuur).

Türistorid leidnud laialdast rakendust erinevates vahelduvpinge regulaatorites, relaksatsioonigeneraatorites, lülitusseadmetes jne.

Riis. 7. Türistor ja selle tähistus skeemidel.

Türistoreid, mille juhtmed pärinevad ainult konstruktsiooni välimistest kihtidest, nimetatakse dinistorimnideks ja neid tähistatakse dioodi sümboliga, kriipskatoodiga paralleelse läbikriipsutatud joonega (joonis 7, a). Sama tehnikat kasutati sümmeetrilise dinistori tähise konstrueerimisel (joon. 7, b), mis juhib voolu (pärast sisselülitamist) mõlemas suunas.

Täiendava (kolmanda) väljundiga (struktuuri ühest sisemisest kihist) türistoreid nimetatakse trinistoriteks. Katoodijuhtimine nende seadmete tähistuses on näidatud katkendjoonega, mis on kinnitatud katoodi sümbolile (joonis 7, c), piki anoodi - joonega, mis jätkab anoodi sümboliseeriva kolmnurga ühte külge (joonis 7). , d).

Sümmeetrilise (kahesuunalise) trihistori sümbol saadakse sümmeetrilise dinistori sümbolist, lisades kolmanda tihvti (joonis 7, (5).

Fotodioodid

põhiosa fotodiood on vastupidine kallutatud üleminek. Selle korpuses on aken, mille kaudu pooljuhtkristalli valgustatakse. Valguse puudumisel on p-n-siirde läbiv vool väga väike - see ei ületa tavapärase dioodi pöördvoolu.

Riis. 8. Fotodioodid ja nende kujutamine diagrammidel.

Kui kristall on valgustatud, langeb ülemineku vastupidine takistus järsult, seda läbiv vool suureneb. Sellise pooljuhtdioodi skeemil kuvamiseks asetatakse dioodi põhisümbol ringikujuliselt ja selle kõrval (üleval vasakul, olenemata sümboli asukohast) on kujutatud fotoelektrilise efekti märk - kaks kallutatud paralleelset noolt, mis on suunatud sümboli poole (joonis 8, a).

Sarnaselt ei ole keeruline konstrueerida tavapärast tähistust ühelegi teisele pooljuhtseadmele, mis muudab oma omadusi optilise kiirguse toimel. Näiteks joonisel fig. 8.6 näitab fotodünistori tähistust.

LED-id ja LED-indikaatorid

Pooljuhtdioode, mis kiirgavad valgust, kui vool läbib p-n-siiret, nimetatakse LED-ideks. Kaasake sellised dioodid ettepoole. Valgusdioodi tavapärane graafiline tähistus sarnaneb fotodioodi sümboliga ja erineb sellest selle poolest, et optilist kiirgust tähistavad nooled on paigutatud ringist paremale ja suunatud vastupidises suunas (joonis 9).

Riis. 9. LEDid ja nende kujutis skeemidel.

Numbrite, tähtede ja muude märkide kuvamiseks madalpingeseadmetes kasutatakse sageli LED-märgi indikaatoreid, mis on teatud viisil paigutatud ja läbipaistva plastikuga täidetud valgust kiirgavate kristallide komplektid.

ESKD standardid ei näe selliste toodete jaoks ette sümboleid, kuid praktikas kasutatakse sageli joonisel fig. 10 (seitsme segmendi indikaatorsümbol numbrite ja koma kuvamiseks).

Riis. 10. LED-segmendi indikaatorite tähistamine.

Nagu näete, peegeldab selline graafiline tähis selgelt valgust kiirgavate elementide (segmentide) tegelikku asukohta indikaatoris, kuigi sellel pole ka puudusi: see ei sisalda teavet indikaatori juhtmete ühendamise polaarsuse kohta. elektriahel (indikaatorid toodetakse nii kõikidele segmentidele ühise anoodijuhtmega kui ka ühise katoodklemmiga).

Kuid see ei tekita tavaliselt erilisi raskusi, kuna indikaatori ühise väljundi (nagu ka mikroskeemide) ühendamine on skeemil täpsustatud.

Optronid

Valgust kiirgavaid kristalle kasutatakse laialdaselt optronides – spetsiaalsetes seadmetes, mida kasutatakse elektroonikaseadmete üksikute osade ühendamiseks juhtudel, kui nende galvaaniline isoleerimine on vajalik. Diagrammidel on optronid kujutatud nii, nagu on näidatud joonisel fig. üksteist.

Valguskiirguri (LED) optiline ühendus fotodetektoriga on näidatud kahe paralleelse noolega, mis on risti optroni väljundjoontega. Fotodetektoriks optronisaatoris võib olla mitte ainult fotodiood (joonis 11, a), vaid ka fototakisti (joonis 11.6), fotodinistor (joonis 11, c) jne. Emitteri sümbolite vastastikune orientatsioon ja fotodetektor ei ole reguleeritud.

Riis. 11. Optronide (optronide) tähistus.

Vajadusel võib optroni komponente kujutada eraldi, kuid sel juhul tuleks optilise sidestuse märk asendada optilise kiirguse ja fotoefekti tunnustega ning näidata osade kuuluvus optroni juurde. viitetähistus (joonis 11, d).

Kirjandus: V.V. Frolov, Raadioahelate keel, Moskva, 1998.

D jood- lihtsaim seade kuulsusrikkas pooljuhtseadmete perekonnas. Kui võtame pooljuhtplaadi, näiteks germaaniumi, ja sisestame selle vasakusse poolde aktseptori lisandi ja paremasse doonorisse, siis saame ühelt poolt vastavalt P-tüüpi pooljuhi, teiselt poolt N-tüüpi. Kristalli keskele saame nn P-N üleminek nagu on näidatud joonisel 1.

Samal joonisel on näidatud dioodi tingimuslik graafiline tähistus diagrammidel: katoodi (negatiivne elektrood) väljund on väga sarnane märgiga "-". Nii on lihtsam meeles pidada.

Kokku on sellises kristallis kaks erineva juhtivusega tsooni, millest tuleb välja kaks järeldust, mistõttu saadud seade on nn. diood sest eesliide "di" tähendab kahte.

Sel juhul osutus diood pooljuhiks, kuid sarnaseid seadmeid tunti varemgi: näiteks oli elektroonikatorude ajastul lampdiood, mida kutsuti kenotroniks. Nüüd on sellised dioodid ajalukku läinud, kuigi "toru" heli järgijad usuvad, et isegi lampvõimendi anoodpinge alaldi peaks olema toru!

Joonis 1. Dioodi ehitus ja dioodi tähistus diagrammil

P ja N juhtivusega pooljuhtide ristmikul selgub P-N ristmik (P-N ristmik), mis on kõigi pooljuhtseadmete aluseks. Kuid erinevalt dioodist, millel on ainult üks ristmik, on neil kaks P-N-ristmikku ja näiteks koosnevad nad neljast ristmikust korraga.

P-N ristmik puhkeasendis

Isegi kui P-N-siirde, antud juhul diood, pole kuhugi ühendatud, toimuvad selle sees ikkagi huvitavad füüsikalised protsessid, mis on näidatud joonisel 2.

Joonis 2. Diood puhkeolekus

N-piirkonnas on elektronide liig, see kannab negatiivset laengut ja P-piirkonnas on laeng positiivne. Üheskoos moodustavad need laengud elektrivälja. Kuna erinevalt laengutest kipuvad tõmbama, tungivad N-tsooni elektronid positiivselt laetud P-tsooni, täites mõned augud. Sellise liikumise tulemusena pooljuhi sees tekib vool, kuigi väga väike (nanoamprite ühikud), siiski.

Sellise liikumise tulemusena suureneb aine tihedus P-poolel, kuid teatud piirini. Osakesed kipuvad tavaliselt levima ühtlaselt kogu aine mahus, nii nagu parfüümi lõhn levib ruumis (difusioon), nii et varem või hiljem pöörduvad elektronid tagasi N-tsooni.

Kui enamiku elektritarbijate jaoks ei mängi voolu suund rolli - lambipirn põleb, plaat kuumeneb, siis dioodi jaoks mängib voolu suund suurt rolli. Dioodi põhiülesanne on juhtida voolu ühes suunas. Just seda omadust pakub P-N-ristmik.

Dioodi sisselülitamine vastupidises suunas

Kui ühendate toiteallika pooljuhtdioodiga, nagu on näidatud joonisel 3, siis P-N-ristmikku vool ei läbi.

Joonis 3. Diood ümberpööratud

Nagu näete joonisel, on toiteallika positiivne poolus ühendatud N-alaga ja negatiivne poolus on ühendatud P-alaga. Selle tulemusena tormavad elektronid piirkonnast N allika positiivsele poolusele. P-piirkonna positiivseid laenguid (auke) tõmbab omakorda ligi toiteallika negatiivne poolus. Seetõttu tekib P-N-siirde piirkonnas, nagu jooniselt näha, tühimik, voolu pole lihtsalt midagi juhtida, laengukandjaid pole.

Toiteallika pinge suurenedes tõmbab aku elektriväli üha enam elektrone ja auke, samas kui P-N-siirde piirkonnas jääb laengukandjaid järjest vähemaks. Seetõttu ei liigu pöördühenduses dioodi voolu. Sellistel juhtudel on kombeks öelda pooljuhtdiood lukustatakse pöördpingega.

Aine tiheduse suurenemine aku pooluste lähedal toob kaasa difusioon, - soov aine ühtlaseks jaotumiseks kogu mahus. Mis juhtub, kui aku välja lülitatakse.

Pöördvoolu pooljuhtdiood

Just siin on kätte jõudnud aeg meenutada väiksemaid vedajaid, kes tinglikult unustusse jäid. Fakt on see, et isegi suletud olekus läbib dioodi väike vool, mida nimetatakse vastupidiseks. See vastupidine vool ja on loodud mitteprimaarsete kandjate poolt, mis võivad liikuda täpselt samamoodi kui esmased, ainult vastupidises suunas. Loomulikult toimub selline liikumine pöördpingega. Pöördvool on tavaliselt väike, kuna vähemuskandjate arv on väike.

Kristalli temperatuuri tõusuga suureneb vähemuskandjate arv, mis toob kaasa pöördvoolu suurenemise, mis võib viia P-N-ristmiku hävimiseni. Seetõttu on pooljuhtseadmete – dioodide, transistoride, mikroskeemide – töötemperatuurid piiratud. Ülekuumenemise vältimiseks paigaldatakse jahutusradiaatoritele võimsad dioodid ja transistorid - radiaatorid.

Dioodi sisselülitamine ettepoole

Näidatud joonisel 4.

Joonis 4. Dioodi otseühendus

Nüüd muudame allika polaarsust: ühendage miinus N-piirkonnaga (katood) ja pluss P-piirkonnaga (anood). Selle lisamisega N-piirkonda tõrjuvad elektronid aku miinusest eemale ja liiguvad P-N-ristmiku poole. P-piirkonnas tõrjutakse positiivselt laetud augud aku positiivsest klemmist eemale. Elektronid ja augud tormavad üksteise poole.

Erineva polaarsusega laetud osakesed kogunevad P-N-siirde lähedusse, nende vahele tekib elektriväli. Seetõttu saavad elektronid üle P-N ristmiku ja liiguvad edasi läbi P tsooni.Samal ajal osad rekombineeruvad aukudega, aga enamus tormavad aku plussile, vool Id läks läbi dioodi.

Seda voolu nimetatakse alalisvool. Seda piiravad dioodi tehnilised andmed, mingi maksimumväärtus. Kui see väärtus ületatakse, on dioodi rikke oht. Siiski tuleb märkida, et alalisvoolu suund joonisel langeb kokku elektronide üldtunnustatud vastupidise liikumisega.

Võib ka öelda, et edasisuunas lülitussuunas on dioodi elektritakistus suhteliselt väike. Tagasi sisselülitamisel on see takistus kordades suurem, pooljuhtdioodi ei voola läbi (kerget pöördvoolu siin ei arvestata). Eelnevast võib järeldada, et diood käitub nagu tavaline mehaaniline ventiil: ühes suunas keeratud – vesi voolab, teises suunas – vool on peatunud. Selle omaduse jaoks nimetati diood pooljuhtvärav.

Pooljuhtdioodi kõigi võimete ja omaduste üksikasjalikuks mõistmiseks peaksite sellega tutvuma volt - ampri karakteristik. Samuti on hea mõte õppida tundma erinevaid dioodide konstruktsioone ja sagedusomadusi ning plusse ja miinuseid. Seda arutatakse järgmises artiklis.

• õpetus

Ära astu sisse. Tapab! (koos)

Üritan tööd selgitada nii dioodide, LED-ide kui ka sõrmedel olevate zeneri dioodidega. Kogenud elektroonikainsenerid võivad artikli vahele jätta, sest nad ei leia enda jaoks midagi uut. Ma ei lasku pn-siirde elektron-augu juhtivuse teooriasse. Usun, et selline õpetamisviis ajab algajad vaid segadusse. See on tühi teooria, mis pole praktikaga peaaegu seotud. Teooriahuvilisele soovitan siiski. Kõik on oodatud kassi alla.

See on elektroonikasarja teine ​​artikkel. Soovitan ka lugeda, mis räägib sellest, mis on elektrivool ja pinge.

Diood on pooljuhtseade, millel on ühendamiseks 2 klemmi. See on tehtud lihtsamalt öeldes ühendades 2 erinevat tüüpi lisanditega pooljuhti, neid nimetatakse doonoriks ja aktseptoriks, vastavalt n ja p, seega on dioodi sees pn-siirde. Tavaliselt tinatatud vasest valmistatud juhtmeid nimetatakse anoodiks (A) ja katoodiks (K). Need terminid pärinevad vaakumtorude ajast ja neid kasutatakse kirjalikult dioodi suunalisuse viitamiseks. Palju lihtsam graafiline tähistus. Dioodi kontaktide nimed jäävad praktikas rakendamisel iseenesest meelde.

Nagu ma juba kirjutasin, me ei kasuta dioodi elektron-augu juhtivuse teooriat. Kapseldame selle teooria musta kasti, mille ühendamiseks on kaks klambrit. Umbes samal viisil kapseldavad programmeerijad tööd kolmandate osapoolte raamatukogudega, laskumata oma töö üksikasjadesse. Või näiteks tolmuimejat kasutades me ei lasku detailidesse, kuidas see sees töötab, see lihtsalt töötab ja meie jaoks on oluline tolmuimeja üks omadus - tolmu imeda.

Mõelge dioodi omadustele, kõige ilmsematele:

• Anoodilt katoodile nimetatakse seda suunda otseseks, diood läbib voolu.
• Katoodilt anoodile vastupidises suunas diood voolu ei läbi. (Tegelikult ei. Aga sellest hiljem.)
• Kui vool liigub edasisuunas, langeb dioodil teatud pinge.

Võib-olla on need omadused teile juba hästi teada. Kuid on mõned täiendused. Mida peetakse otseseks ja mis on vastupidine suund? Sellist kaasamist nimetatakse otseseks, kui pinge anoodil on suurem kui katoodil. Vastand on vastupidine. Otsene ja vastupidine kaasamine on kokkulepe. Reaalsetes vooluahelates võib pinge samal dioodil muutuda edasisuunas vastupidiseks ja vastupidi.

Ränidiood hakkab läbima vähemalt olulist voolu ainult siis, kui pinge anoodil on umbes 0,65 V kõrgem kui katoodil. Ei, mitte niimoodi. Kui vähemalt osa voolu voolab, tekib dioodil pingelang, mis on ligikaudu võrdne 0,65 V ja rohkem.

Pinge 0,65 V nimetatakse alalispinge languseks pn-siirde kohal. See on vaid ligikaudne keskmine väärtus, see sõltub voolust, kristallide temperatuurist ja dioodide valmistamise tehnoloogiast. Kui voolav vool muutub, muutub see mittelineaarselt. Et seda mittelineaarsust kuidagi graafiliselt näidata, võtavad tootjad dioodi voolu-pinge karakteristikud. Võimsates kõrgepinge dioodides võib pingelang olla suurem 2, 3 jne võrra. korda. See tähendab, et dioodi sees on järjestikku ühendatud mitu pn-siiret.

Pingelanguse määramiseks saate kasutada dioodi voolu-pinge karakteristikut (IVC) graafiku kujul. Mõnikord on need graafikud toodud tõeliste dioodmudelite andmelehtedel, kuid sagedamini mitte. Esimene graafik, mida ma allpool kohtasin, näitab KD243A VAC-i, kuigi see pole oluline, need on kõik ligikaudu ühesugused.

Graafikul on Upr päripinge langus dioodil. Ipr on dioodi läbiv vool. Graafik näitab, milline on pingelang dioodil, kui voolab n-s vool. Kuid enamasti ei näita andmeloendid tegelikke I–V karakteristikuid, vaid näitavad teatud voolu korral näidatud otsest pingelangust. Ingliskeelses kirjanduses nimetatakse pingelangust päripingeks.

Kuidas kandideerida

Pingelangus dioodil on meie jaoks halb omadus, kuna see pinge ei tee kasulikku tööd ja hajub soojusena dioodi korpuses. Mida väiksem on kukkumine, seda parem. Tavaliselt määratakse pingelang dioodil dioodi läbiva voolu järgi. Näiteks lülitame dioodi koormusega järjestikku sisse. Tegelikult kaitseb see vooluahelat vastupidise polaarsuse eest, kui toiteallikas on eemaldatav. Alloleval joonisel on kaitstud vooluahelaks võetud 47-oomine takisti, kuigi tegelikkuses võib see olla ükskõik milline, näiteks suure vooluahela lõik. Toiteallikaks on 12V aku.

Oletame, et koormus ilma dioodita võtab 255 mA. Sel juhul saab seda arvutada Ohmi seaduse järgi: I \u003d U / R \u003d 12 / 47 \u003d 0,255 A või 255 mA. Kuigi tavaliselt on sfäärilise ahela tarbimine vaakumis juba teada, vähemalt toiteallika maksimaalsete omaduste järgi. Leiame ülaltoodud CVC graafikult KD243A dioodi pingelanguse 0,255 A voolava voolu juures 25 kraadi juures. See on ligikaudu 0,75 V. Need 0,75 V langevad üle dioodi ja 12–0,75 \u003d 11,25 V jääb vooluahela toiteks – mõnikord ei pruugi sellest piisata. Boonusena leiate dioodil vabaneva võimsuse soojuse ja kadude kujul vastavalt valemile P \u003d I * U \u003d 0,75 * 0,255 \u003d 0,19 W, kus I ja U on läbiv vool dioodi ja pingelangust dioodil.

Mida teha, kui I-V kõver pole saadaval? Näiteks populaarse dioodi 1n4007 puhul on näidatud ainult päripinge 1 V voolutugevusel 1 A. Peate seda väärtust kasutama või mõõtma tegelikku langust. Ja kui seda väärtust pole ühelegi dioodile märgitud, siis läheb keskmiselt 0,65 V. Tegelikkuses on lihtsam seda pingelangust voltmeetriga skeemis mõõta kui graafikutelt otsida. Arvan, et pole vaja seletada, et voltmeeter peab olema konstantse pinge jaoks sisse lülitatud, kui dioodist läbib pidev vool ja sondid peavad puudutama dioodi anoodi ja katoodi.

Natuke muudest omadustest

Eelmises näites, kui aku ümber pöörata, siis ma mõtlen polaarsuse ümberpööramist, vaata alumist pilti, voolu ei voola ja halvimal juhul on dioodi pingelangus 12 V - aku pinge. Peaasi, et see pinge ei ületaks meie dioodi läbilöögipinget, see on ka pöördpinge, see on ka läbilöögipinge. Ja veel üks tingimus on samuti oluline: dioodi läbiv pärisuunaline vool ei ületanud dioodi nimivoolu ehk pärivoolu. Need on kaks peamist parameetrit, mille järgi diood valitakse: pärivool ja vastupidine pinge.

Mõnikord näitavad andmelehed ka dioodi võimsuse hajumist või nimivõimsust (võimsuse hajumist). Kui see on määratud, siis seda ületada ei saa. Kuidas seda arvutada, oleme juba eelmises näites aru saanud. Kuid kui võimsust pole näidatud, peate navigeerima voolu järgi.

Nad ütlevad, et vastupidises suunas dioodi läbiv vool ei voola, hästi või peaaegu ei voola. Tegelikult voolab sellest läbi lekkevool, ingliskeelses kirjanduses vastupidine vool. See vool on väga väike, alates mõnest nanoamprist väikese võimsusega dioodide puhul kuni mitmesaja mikroamprini suure võimsusega dioodide jaoks. Samuti sõltub see vool temperatuurist ja rakendatud pingest. Enamasti ei mängi lekkevool mingit rolli, näiteks nagu eelmises näites, kuid kui töötate nanoampritega ja paned operatiivvõimendi sisendisse mingi kaitsedioodi, siis võib juhtuda oih ... Ringrada käitub hoopis teisiti, nagu arvatakse.

Paar sõna ka mõistest "väärtus". Tavaliselt tähendab nimivool ja pinge seda, et nende parameetrite ületamisel ei garanteeri tootja toote toimimist, kui pole märgitud teisiti. Ja see kehtib kõigi elektrooniliste komponentide, mitte ainult dioodi kohta.

Mida saab veel teha

Dioodide jaoks on palju rakendusi. Elektroonikaarendajad leiutavad oma vooluringid tavaliselt teiste vooluahelate tükkidest, nn ehitusplokkidest. Siin on mõned võimalused.

Näiteks digitaal- või analoogsisendi ülepingekaitseahel:

Selle ahela dioodid ei lase normaalse töö ajal voolu läbi. Ainult lekkevool. Aga kui sisendis tekib positiivse poollainega liigpinge, st. sisendpinge muutub suuremaks kui Upit pluss dioodi päripinge langus, siis avaneb ülemine diood ja sisend sulgub toitesiinile. Kui tekib negatiivne pinge poollaine, siis avaneb alumine diood ja sisend sulgub maandusega. Muide, selles vooluringis, mida väiksem on dioodide leke ja mahtuvus, seda parem. Sellised kaitseskeemid on reeglina juba kõigis kaasaegsetes kristalli sees olevates digitaalsetes mikroskeemides. Ja välised võimsad TVS-dioodide komplektid kaitsevad näiteks emaplaatide USB-porte.

Dioodidest saab ka alaldi kokku panna. See on väga levinud skeemide tüüp ja on ebatõenäoline, et keegi lugejatest pole neist kuulnud. Alaldid on ühe poollaine, täislaine ja sild. Poollaine alaldiga kohtusime juba oma kõige esimeses pika kannatuse näites, kui kaalusime kaitset vastupidise polaarsuse eest. Sellel pole erilisi eeliseid, välja arvatud aku pluss. Üks olulisemaid puudusi, mis piirab poollaine alaldi ahela kasutamist praktikas: ahel töötab ainult positiivse poollaine pingega. Negatiivne pinge lülitub täielikult välja ja vool ei voola. "Ja mis siis?", Sa ütled: "Mulle piisab sellest jõust!". Aga ei, kui selline alaldi asub pärast trafot, siis läbi trafo mähiste liigub vool ainult ühes suunas ja seega ka trafo raud lisaks magnetiseerub. Trafo võib siseneda küllastusse ja soojeneda palju rohkem kui peaks.

Täislaine alalditel seda puudust pole, kuid nad vajavad trafo mähise keskmist väljundit. Siin on vahelduvpinge positiivse polaarsusega ülemine diood avatud ja negatiivse polaarsusega alumine. Trafo kasutegur ei ole täielikult ära kasutatud.

Sillaahelatel puuduvad mõlemad puudused. Kuid nüüd on vooluteel igal ajahetkel kaks dioodi: päri- ja vastupidine diood. Pingelang dioodidel kahekordistub ja ei ole 0,65-1V, vaid keskmiselt 1,3-2V. Võttes arvesse seda langust, võetakse arvesse alaldatud pinget.

Näiteks peame saama 18 volti alaldatud pinget, millist trafot selleks valida? 18 volti pluss dioodide langus, võtame keskmiselt 1,4 V, mis võrdub 19,4 V. Me teame, et vahelduvpinge amplituudi väärtus on 2-kordse efektiivse väärtuse juur. Seetõttu on trafo sekundaarahelas vahelduv efektiivne pinge 19,4 / 1,41 \u003d 13,75 V. Arvestades asjaolu, et pinge võrgus võib kõikuda 10% ja ka pinge koormuse all veidi langeb, valime 230/15 V trafo.

Meile vajaliku trafo võimsuse saab arvutada koormusvoolust. Näiteks ühendame trafoga ühe amprise koormuse. Seda siis, kui marginaaliga. Jäta alati väike varu, 20-40%. Lihtsalt võimsusvalemit kasutades leiate P \u003d U * I \u003d 15 * 1 \u003d 15 VA, kus U ja I on sekundaarmähise pinge ja vool. Kui sekundaarmähiseid on mitu, siis nende võimsused liidetakse. Pluss transformatsiooni kaod, pluss marginaal, seega valime trafo 20-40 VA. Kuigi trafosid müüakse sageli koos sekundaarmähiste voolu näiduga, ei tee see halb koguvõimsuse järgi kontrollimine.

Pärast alaldi silda on vaja silumiskondensaatorit, joonisel pole näidatud. Ärge unustage teda! Selle kondensaatori arvutamiseks sõltuvalt pulsatsioonide arvust on nutikad valemid, kuid ma soovitan seda reeglit: pange 10000uF kondensaator ühe voolutarbimise ampri kohta. Kondensaatori pinge ei ole väiksem kui koormuseta alaldatud pinge. Selles näites võite võtta kondensaatori, mille nimivõimsus on 25 V.

Valime selles skeemis olevad dioodid voolule >= 1A ja pöördpingele, varuga üle 19,4 V, näiteks 50-1000 V. Võib kasutada Schottky dioode. Need on samad dioodid, ainult väga väikese pingelangusega, mis on sageli kümneid millivolte. Kuid Schottky dioodide puuduseks on see, et neid ei vabastata enam-vähem kõrge pinge jaoks, üle 100 V. Täpsemalt on need hiljuti välja antud, kuid nende maksumus on kõrge ja eelised pole enam nii ilmsed.

Valgusdiood

Sees on see dioodist erinevalt paigutatud, kuid sellel on samad omadused. See helendab ainult siis, kui vool liigub edasi.

Kõik erinevused dioodist mõne omaduse poolest. Kõige olulisem on päripinge langus. See on tavalise dioodi puhul palju suurem kui 0,65 V ja sõltub peamiselt LED-i värvist. Alates punasest, mille keskmine pingelang on 1,8 V, ja lõpetades valge või sinise LED-iga, mille langus on umbes 3,5 V. Need väärtused on aga nähtamatu spektri jaoks laiemad.

Tegelikult on siin pingelang dioodi minimaalne süütepinge. Madalama pinge korral ei tule toiteallikas voolu ja diood lihtsalt ei sütti. Suure võimsusega valgusdioodidel võib pingelang olla kümneid volte, kuid see tähendab vaid seda, et kristalli sees on palju jada-paralleeldioodide komplekte.

Aga nüüd räägime indikaator-LED-dest, kui kõige lihtsamatest. Neid toodetakse erinevatel juhtudel, enamasti poolringikujulistena, läbimõõduga 3, 5, 10 mm.

Iga diood helendab sõltuvalt voolavast voolust. Tegelikult on see praegune seade. Pingelangus saadakse automaatselt. Voolu määrame ise. Kaasaegsed indikaatordioodid hakkavad enam-vähem hõõguma 1 mA voolu juures ja 10 mA juures põlevad juba silmad läbi. Võimsate valgusdioodide jaoks peate tutvuma dokumentatsiooniga.

LED rakendus

Kui teil on ainult sobiv takisti, saate dioodi kaudu seadistada soovitud voolu. Loomulikult läheb vaja ka alalisvoolu toiteallikat, näiteks 4,5 V akut või mõnda muud toiteallikat.

Näiteks paneme voolu 1mA läbi punase LED-i, mille pingelangus on 1,8 V.

Diagrammil on näidatud sõlmepotentsiaalid, st. pinge nulli suhtes. Millises suunas LED sisse lülitada, näitab meile kõige paremini valimisrežiimis olev multimeeter, kuna mõnikord puutuvad segatud jalgadega Hiina LED-id täielikult vastu. Multimeetri sondide õiges suunas puudutamisel peaks LED-tuli nõrgalt helendama.

Kuna kasutatakse punast LED-i, langeb takistile 4,5 - 1,8 = 2,7 V. See on teada Kirchhoffi teisest seadusest: ahela järjestikuste lõikude pingelanguste summa võrdub aku EMF-ga, s.o. 2,7 + 1,8 = 4,5 V. Voolu piiramiseks 1 mA-ni peab Ohmi seaduse takisti takistus olema R = U / I = 2,7 / 0,001 = 2700 oomi, kus U ja I on takisti pinge ja meile vajalik vool. Ärge unustage väärtusi teisendada SI-ühikuteks, ampriteks ja voltideks. Kuna toodetud takistuse väärtused on standardiseeritud, valime lähima standardväärtuse 3,3 kOhm. Loomulikult muutub sel juhul vool ja seda saab ümber arvutada vastavalt Ohmi seadusele I \u003d U / R. Kuid sageli pole see oluline.

Selles näites on aku poolt antav vool väike, mistõttu võib aku sisetakistust tähelepanuta jätta.

Valgusdioodidega on kõik samamoodi, ainult voolud ja pinged on suuremad. Kuid mõnikord ei vaja nad enam takistit, peate vaatama dokumentatsiooni.

Midagi muud LED-i kohta

Tegelikult on LED-i peamine eesmärk särada. Kuid on veel üks rakendus. Näiteks võib LED toimida pinge etalonina. Need on vajalikud näiteks vooluallikate hankimiseks. Punaseid LED-e kasutatakse võrdluspingeallikatena, kuna need on vähem müra tekitavad. Need on vooluringis kaasatud samamoodi nagu eelmises näites. Kuna aku pinge on suhteliselt konstantne, on ka takistit ja LED-i läbiv vool konstantne, seega jääb pingelang konstantseks. LED-i anoodilt, kus 1,8V, tehakse kraan ja seda võrdluspinget kasutatakse skeemi muudes osades.

LED-i voolu usaldusväärsemaks stabiliseerimiseks toiteallika pulseeriva pingega asetatakse takisti asemel vooluahelasse vooluallikas. Kuid vooluallikad ja võrdluspingeallikad on teise artikli teema. Võib-olla kunagi kirjutan selle.

zeneri diood

Ingliskeelses kirjanduses nimetatakse zeneri dioodi Zeneri dioodiks. Kõik on sama, mis dioodil, otseühenduses. Kuid nüüd räägime ainult vastupidisest kaasamisest. Pöördühenduses toimub zeneri dioodi teatud pinge mõjul pöörduv rike, st. vool hakkab voolama. See rike on Zeneri dioodi täiesti tavaline ja töörežiim, erinevalt dioodist, kus nominaalse pöördpinge saavutamisel diood lihtsalt ebaõnnestus. Sel juhul võib läbilöögirežiimis zeneri dioodi läbiv vool muutuda ja pingelang Zener dioodil jääb praktiliselt muutumatuks.

Mida see meile annab? Tegelikult on see väikese võimsusega pingeregulaator. Zeneri dioodil on kõik samad omadused, mis dioodil, millele lisandub ka stabiliseerimispinge Ust ehk zeneri nimipinge. Seda näidatakse teatud stabiliseerimisvoolu Ist või testvoolu korral. Samuti on zeneri dioodide dokumentatsioonis näidatud minimaalne ja maksimaalne stabiliseerimisvool. Kui vool muutub minimaalsest maksimumini, ujub stabiliseerimispinge mõnevõrra, kuid mitte oluliselt. Vaadake volt-amprite spetsifikatsioone.

Zeneri dioodi tööala on tähistatud rohelisega. Joonisel on näha, et pinge tööpiirkonnas on peaaegu muutumatu ja Zener-dioodi kaudu muutub vool laias valikus.

Tööpiirkonda sisenemiseks peame seadma zeneri dioodi voolu takisti kasutamise vahel samamoodi, nagu seda tehti LED-i näites (muide, võite kasutada ka vooluallikat). Ainult erinevalt LED-ist on zeneri diood sisse lülitatud vastupidises suunas.

Väiksema vooluga kui Ist. min zeneri diood ei avane, kuid rohkem kui Ist. max - toimub pöördumatu termiline rike, s.t. Zener põleb lihtsalt läbi.

Zeneri dioodi arvutamine

Vaatleme meie arvutatud trafo toiteallika näidet. Meil on toiteallikas, mis annab vähemalt 18 V (tegelikult on rohkemgi, 230/15 V trafo tõttu on parem mõõta reaalses vooluringis, aga see pole praegu mõte), mis on võimeline andma voolutugevus 1 A. Koormust tuleb toita maksimaalse tarbimisega 50 mA stabiliseeritud pingega 15 V (olgu see näiteks mingi abstraktne operatiivvõimendi - op-amp, neil on umbes sama tarbimine) .

Nii nõrk koormus valiti põhjusega. Zeneri dioodid on üsna väikese võimsusega stabilisaatorid. Need peavad olema konstrueeritud nii, et kogu koormusvool pluss minimaalne stabiliseerimisvool Ist saaks neid läbida ilma ülekuumenemiseta. min. See on vajalik, kuna takisti R1 järgne vool jagatakse zeneri dioodi ja koormuse vahel. Koormuses võib vool olla katkendlik või koormuse võib vooluringist üldse välja lülitada. Tegelikult on see paralleelstabilisaator, st. kogu vool, mis koormusse ei lähe, võtab üle zeneri dioodi. See on nagu Kirchhoffi esimene seadus I = I1 + I2, ainult siin I = Iload + Ist. min.

Niisiis, valime Zeneri dioodi, mille stabiliseerimispinge on 15 V. Voolu reguleerimiseks läbi zeneri dioodi on alati vaja takistit (või vooluallikat). Takisti R1 langeb 18 - 15 = 3 V. Vooluvool Iload voolab läbi takisti R1. + Ist. min. Võtame vastu Ist. min \u003d 5 mA, see on ligikaudu piisav vool kõigi zeneri dioodide jaoks, mille stabiliseerimispinge on kuni 100 V. Üle 100 V võib võtta 1 mA või vähem. Võite võtta Ist. min ja rohkem, kuid zeneri dioodi soojendamine on kasutu.

Niisiis, Ir1 = Iload voolab läbi R1. + Ist. min = 50 + 5 = 55 mA. Ohmi seaduse kohaselt leiame takistuse R1 \u003d U / I \u003d 3 / 0,055 \u003d 54,5 oomi, kus U ja I on takisti pinge ja takistit läbiv vool. Valime lähimast standardreast takistuseks 47 oomi, Zener dioodist läheb natuke rohkem voolu, aga sellest pole midagi. Seda saab isegi arvutada, koguvool: Ir1 \u003d U / R \u003d 3/47 \u003d 0,063A, siis Zeneri dioodi minimaalne vool: 63 - 50 \u003d 13 mA. Takisti võimsus R1: P = U * I = 3 * 0,063 = 0,189 vatti. Valime tavalise 0,5 W takisti. Muide, ma soovitan teil mitte ületada takistite võimsust ligikaudu Pmax / 2, need elavad kauem.

Zeneri diood hajutab ka võimsust soojuse kujul, halvimal juhul on see võrdne P \u003d Ust * (Iload + Ist.) \u003d 15 * (0,050 + 0,013) \u003d 0,945 W. Zeneri dioode toodetakse erinevatel võimsustel, lähim 1W, kuid siis on korpuse temperatuur ca 1W tarbimisel kuskil 125 kraadi C, parem võtta varuga, 3W võrra. Zeneri dioode toodetakse 0,25, 0,5, 1, 3, 5 W jne juures.

Esimene Google'i otsing "zener diode 3W 15V" andis tulemuseks 1N5929BG. Järgmisena otsige üles "andmeleht 1N5929BG". Andmelehe järgi on selle minimaalne stabiliseerimisvool 0,25 mA, mis on alla 13 mA, ja maksimaalne vool 100 mA, mis on üle 63 mA, s.o. sobib oma töörežiimiga, nii et see sobib meile.

Üldiselt on see kogu arvutus. Jah, stabilisaator pole ideaalne, selle sisetakistus ei ole null, kuid see on lihtne ja odav ning garanteeritud, et see töötab määratud vooluvahemikus. Ja kuna see on paralleelregulaator, on toiteallika vool konstantne. Võimsamaid stabilisaatoreid saab hankida zeneri dioodi transistori abil võimendamisel, kuid see on järgmise artikli teema, transistoride kohta.

Zeneri dioodi rikke kontrollimine tavapärase multimeetriga on reeglina võimatu. Enam-vähem kõrgepingelise zeneri dioodiga pole sondidel lihtsalt piisavalt pinget. Ainus asi, mida saab teha, on helistada sellele tavapärase dioodi juhtivuse olemasolu kohta edasisuunas. Kuid see tagab kaudselt seadme jõudluse.

Võrdluspingeallikatena saab kasutada ka Zeneri dioode, kuid need on mürarikkad. Nendel eesmärkidel toodetakse spetsiaalseid madala müratasemega zeneri dioode, kuid nende hind läheb minu arusaamise järgi ränitüki jaoks skaalalt alla, parem on natuke lisada ja osta integreeritud allikas parimate parameetritega.

Samuti on palju dioodiga sarnaseid pooljuhtseadmeid: türistor (juhitav diood), triac (sümmeetriline türistor), dinistor (avaneb impulss ainult siis, kui teatud pinge on saavutatud), varicap (muutuva mahtuvusega), midagi muud. Esimest vajate jõuelektroonikas juhitavate alaltide või aktiivsete koormuse regulaatorite ehitamisel. Ja viimasega pole ma 10 aastat kokku puutunud, nii et jätan selle teema vikis iseseisvaks lugemiseks, vähemalt türistori kohta.

Sildid:

Lisa märksõnu

Diood on erineva juhtivusega element. Seda omadust kasutatakse erinevates elektri- ja elektroonikaahelates. Selle põhjal luuakse seadmeid, mida kasutatakse erinevates valdkondades.

Dioodide tüübid: elektrovaakum ja pooljuht. Viimast tüüpi kasutatakse praegu enamikul juhtudel. Kunagi ei ole üleliigne teada, kuidas diood töötab, milleks see on, nagu on näidatud diagrammil, mis tüüpi dioodid on olemas ja erinevat tüüpi dioodide kasutamine.

Elektrovaakumdioodid

Seda tüüpi seadmed on valmistatud elektrooniliste torude kujul. Lamp näeb välja nagu klaasanum, mille sisse on paigutatud kaks elektroodi. Üks on anood, teine ​​on katood. Nad on vaakumis. Struktuurselt on anood valmistatud õhukese seinaga silindri kujul. Sees on katood. Tavaliselt on see silindrilise kujuga. Katoodi sisse suunatakse isoleeritud hõõgniit. Kõikidel elementidel on juhtmed, mis on ühendatud lambi tihvtide (jalgadega). Lambi jalad on välja toodud.

Toimimispõhimõte

Kui elektrivool läbib spiraali, siis see soojeneb ja soojendab katoodi, mille sees see asub. Kuumutatud katoodi pinnalt kogunevad elektronid, mis sealt väljusid, ilma täiendava kiirendusväljata selle vahetusse lähedusse. Mõned neist naasevad seejärel katoodile.

Kui anoodile rakendatakse positiivset pinget, tormavad katoodi poolt kiiratavad elektronid selle poole, tekitades anoodi elektronvoolu.

Katoodil on elektronide emissiooni piirmäär. Selle piiri saavutamisel anoodivool stabiliseerub. Kui anoodile katoodi suhtes rakendatakse väike negatiivne pinge, siis elektronid peatuvad.

Katoodi materjalil, millest see on valmistatud, on kõrge emissiooniaste.

Volt-ampri karakteristik (VAC)

Seda tüüpi dioodide I–V karakteristik näitab graafiliselt anoodivoolu sõltuvust katoodi ja anoodi klemmidele rakendatavast päripingest. See koosneb kolmest osast:

• Aeglane mittelineaarne voolu tõus;
• Tunnuse tööosa;
• Anoodi voolu küllastuspiirkond.

Mittelineaarne sektsioon algab pärast anoodivoolu katkestuspiirkonda. Selle mittelineaarsus on seotud katoodi väikese positiivse potentsiaaliga, millest elektronid hõõgniidi kuumutamisel lahkusid.

Aktiivne ala määratleb peaaegu vertikaalse joone. See iseloomustab anoodivoolu sõltuvust kasvavast pingest.

Küllastussektsioon on pideva anoodivoolu rida, mille pinge suureneb lambi elektroodide vahel. Selle piirkonna vaakumtoru võib võrrelda elektrivoolu juhiga. Katoodi emissioon on saavutanud oma kõrgeima väärtuse.

Pooljuhtdioodid

Seda tüüpi seadmete loomisel on leidnud rakendust p - n ristmiku omadus juhtida elektrivoolu ühes suunas. Otsene kaasamine on negatiivse potentsiaali pakkumine ülemineku n-piirkonnale, seoses p-piirkonnaga, mille potentsiaal on positiivne. Kui see lüliti on sisse lülitatud, on seade avatud olekus. Kui rakendatud pinge polaarsus on vastupidine, on see lukustatud olekus ja vool ei läbi seda.

Dioodide klassifitseerimist saab läbi viia vastavalt nende otstarbele, vastavalt tootmisomadustele, vastavalt valmistamisel kasutatud materjali tüübile.

Põhimõtteliselt kasutatakse pooljuhtseadmete tootmiseks räni- või germaaniumplaate, millel on n-tüüpi elektrijuhtivus. Negatiivselt laetud elektrone on neis liiga palju.

Erinevaid tootmistehnoloogiaid kasutades on võimalik saada väljundis punkt- või plaatdioodid.

Punktseadmete valmistamisel keevitatakse n-tüüpi plaadile terava otsaga juht (nõel). Selle pinnale kantakse teatav lisand. Germaaniumvahvlite puhul sisaldab nõel indiumi, ränivahvlite puhul on nõel kaetud alumiiniumiga. Mõlemal juhul luuakse p - n ristmiku piirkond. Selle kuju meenutab poolkera (punkti).

Tasapinnaliste seadmete puhul kasutatakse difusiooni- või liitmismeetodit. Selle meetodi abil saadud üleminekute ala on väga erinev. Toote otstarve sõltub selle suurusest tulevikus. P - n ristmiku piirkondadesse joodetakse juhtmed, mida kasutatakse erinevate elektriahelate paigaldamisel valmistoote korpusest juhtmete kujul.

Diagrammidel on pooljuhtdioodid näidatud võrdkülgse kolmnurga kujul, mille ülemise nurga külge on kinnitatud selle põhjaga paralleelne vertikaaljoon. Joone väljundit nimetatakse katoodiks ja kolmnurga aluse väljundiks on anoodiks.

Otsene on selline kaasamine, milles toiteallika positiivne poolus on ühendatud anoodiga. Tagasi sisselülitamisel on allika "pluss" ühendatud katoodiga.

Volt-ampri omadused

I-V karakteristik määrab pooljuhtelemendi kaudu voolava voolu sõltuvuse selle klemmidele rakendatava pinge suurusest ja polaarsusest.

Pöördepinge valdkonnas eristatakse kolme piirkonda: väike pärivool ja dioodi kaudu töötav alalisvool. Üleminek ühest piirkonnast teise toimub siis, kui päripinge jõuab juhtivusläveni. See väärtus on germaaniumdioodide puhul suurusjärgus 0,3 volti ja ränipõhiste dioodide puhul 0,7 volti.

Kui dioodi klemmidele rakendatakse pöördpinget, on seda läbiv vool väga väike ja seda nimetatakse pöördvooluks või lekkevooluks. Sellist sõltuvust täheldatakse kuni teatud pöördpinge väärtuseni. Seda nimetatakse läbilöögipingeks. Selle ületamisel suureneb pöördvool laviinina.

Parameetrite piirangud

Pooljuhtdioodide puhul on nende parameetrite väärtused, mida ei saa ületada. Need sisaldavad:

• Maksimaalne edasivool;
• Maksimaalne tagasilöögipinge;
• Maksimaalne võimsuse hajumine.

Pooljuhtelement talub seda läbivat piiratud edasivoolu. Kui see ületatakse, kuumeneb p-n-ristmik üle ja ebaõnnestub. Tasapinnalistel toiteseadmetel on selle parameetri jaoks suurim varu. Neid läbiv alalisvool võib ulatuda kümnete ampriteni.

Maksimaalse läbilöögipinge väärtuse ületamine võib muuta ühesuunaliste omadustega dioodi tavapäraseks elektrivoolujuhiks. Jaotus võib olla pöördumatu ja varieeruda olenevalt konkreetsest kasutatavast instrumendist.

Võimsus- see on väärtus, mis sõltub otseselt dioodi klemmidele rakendatavast voolust ja pingest. Lisaks maksimaalse pärivoolu ületamisele toob võimsuse hajumise piiri ületamine kaasa pöördumatuid tagajärgi. Diood lihtsalt põleb läbi ja lakkab oma eesmärki täitmast. Sellise olukorra vältimiseks paigaldavad toiteseadmed radiaatoritele seadmed, mis eemaldavad (hajutavad) liigse soojuse keskkonda.

Pooljuhtdioodide tüübid

Elektro- ja raadiotehnikas on leidnud rakendust dioodi omadus suunata voolu edasi ja mitte läbida seda vastupidises suunas. Kitsa hulga ülesannete täitmiseks on välja töötatud ka spetsiaalset tüüpi dioodid.

Alaldid ja nende omadused

Nende rakendus põhineb nende seadmete alaldusomadustel. Neid kasutatakse konstantse pinge saamiseks sisend-vahelduva signaali alaldamise teel.

Üks alaldi diood võimaldab teil saada selle väljundis positiivse polaarsusega pulseeriva pinge. Nende kombinatsiooni kasutades saate väljundpinge kuju, mis meenutab lainet. Kasutades alaldi ahelates lisaelemente, nagu suure võimsusega elektrolüütkondensaatorid ja elektromagnetilise südamikuga induktiivpoolid (drosselid), saab seadme väljundis saada konstantse pinge, mis sarnaneb galvaanilise aku pingega, mis on nii vajalik enamiku tarbijaseadmete töö.

Pooljuht zeneri dioodid

Nendel dioodidel on C-V karakteristik suure kaldega pöördharuga. See tähendab, et rakendades Zeneri dioodi klemmidele pinget, mille polaarsus on vastupidine, on võimalik piiravate takistite abil viia see kontrollitud läbilöögilaviinide režiimi. Pinge laviini purunemise punktis on konstantse väärtusega koos zeneri dioodi läbiva voolu olulise muutusega, mille väärtus on piiratud sõltuvalt ahelas kasutatavast seadmest. Nii saavutage väljundpinge stabiliseerimise efekt soovitud tasemel.

Zener-dioodide valmistamise tehnoloogiliste toimingutega saavutatakse läbilöögipinge (stabiliseerimispinge) erinevad väärtused. Nende pingete vahemik on (3-15) volti. Konkreetne väärtus sõltub suurest zeneri dioodide perekonnast valitud seadmest.

Detektorite tööpõhimõte

Kõrgsageduslike signaalide tuvastamiseks kasutatakse punkttehnoloogia abil valmistatud dioode. Detektori ülesanne on piirata pool moduleeritud signaalist. See võimaldab kõrgsagedusfiltri hilisemal kasutamisel jätta seadme väljundisse ainult moduleeriv signaal. See sisaldab madala sagedusega heliteavet. Seda meetodit kasutatakse raadiovastuvõtjates, mis võtavad vastu amplituudmoduleeritud signaali.

LED-ide omadused

Neid dioode iseloomustab asjaolu, et kui neid läbib pärivool, kiirgab kristall footonite voogu, mis on valguse allikas. Olenevalt LED-is kasutatava kristalli tüübist võib valgusspekter olla nii inimsilmale nähtavas kui ka nähtamatus vahemikus. Nähtamatu valgus on infrapuna- või ultraviolettkiirgus.

Nende elementide valimisel on vaja esindada saavutatavat eesmärki. LED-ide peamised omadused on järgmised:

• Energiatarve;
• Nimipinge;
• Tarbimisvool.

Laialdase kasutusega seadmete indikatsiooniks kasutatava LED-i voolutarve ei ületa 20 mA. Selle voolu korral on LED-i kuma optimaalne. Hõõgumise algus algab voolul, mis ületab 3 mA.

Nimipinge määratakse sisemise üleminekutakistuse järgi, mis on muutuv väärtus. Kui LED-i läbiv vool suureneb, väheneb takistus järk-järgult. LED-i toiteks kasutatav toitepinge peab olema vähemalt passis märgitud pinge.

Energiatarve on väärtus, mis sõltub voolutarbimisest ja nimipingest. See suureneb, kui seda määravad väärtused suurenevad. Tuleb märkida, et võimsad valgusdioodid võivad sisaldada 2 või isegi 4 kristalli.

LEDidel on teiste valgustusseadmete ees vaieldamatud eelised. Neid saab loetleda pikka aega. Peamised neist on:

• Kõrge kasumlikkus;
• Suur vastupidavus;
• Kõrge ohutustase madala toitepinge tõttu.

Nende töö puuduseks on vajadus täiendava stabiliseeritud alalisvoolu toiteallika järele ja see suurendab kulusid.