Содержание
Диоды. For dummies / Хабр
Введение
Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом. (wikipedia)
Все диоды можно разделить на две большие группы: полупроводниковые и неполупроводниковые. Здесь я буду рассматривать только первую из них.
В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.
Два слова о зонной теории проводимости твердых тел
Прежде, чем начать разговор о p-n переходе, стоит обговорить некоторые теоретические моменты.
Считается, что электроны в атоме расположены на различном расстоянии от ядра. Соответственно, чем ближе электрон к ядру, тем сильнее связь между ними и тем большую энергию надо приложить, чтобы отправить его «в свободное плаванье». Говорят, что электроны расположены на различных энергетических уровнях. Заполнение этих уровней электронами происходит снизу вверх и на каждом из них может находиться не больше строго определенного числа электронов (атом Бора). Таким образом, если уровень заполнен, то новый электрон не может на него попасть, пока для него не освободится место. Чтобы электрон мог перейти на уровень выше, ему нужно сообщить дополнительную энергию. А если электрон «падает» вниз, то излишек энергии освобождается в виде излучения. Электроны могут занимать в атоме только сторого определенные орбиты с определенными энергиями. Орбиты эти называются разрешенными. Соответственно, запрещенными называют те орбиты (зоны), в которых электрон находиться не может. Подробнее об этом можно почитать по ссылке на атом Бора выше, здесь же примем это как аксиому.
Самый верхний энергетический уровень называется валентным. У большинства веществ он заполнен только частично, поэтому электроны внешних подуровней других атомов всегда могут найти на нем себе место. И они действительно хаотично мигрируют от атома к атому, осуществляя таким образом связь между ними. Нижний слой, в котором могут перемещаться свободные электроны, называют зоной проводимости. Если валентная зона частично заполнена и электроны в ней могут перемещаться от атома к атому, то она совпадает с зоной проводимости. Такая картина наблюдается у проводников. У полупроводников валентная зона заполнена целиком, но разница энергий между валентным и проводящим уровнями у них мала. Поэтому электроны могут преодолевать ее просто за счет теплового движения. А у изоляторов эта разница велика, и чтобы получить пробой, нужно приложить значительную энергию.
Такова общая картина энергетического строения атома. Можно переходить непосредственно к p-n переходу.
p-n переход
Начнем с того, что полупроводники бывают n-типа и p-типа. Первые получают легированием четырехвалентного полупроводника (чаще всего кремния) пятивалентным полупроводником (например, мышьяком). Эту пятивалентную примесь называют донором. Ее атомы образуют четыре химических связи с атомами кремния, а пятый валентный электрон остается свободным и может выйти из валентной зоны в зону проводимости, если, например, незначительно повысить температуру вещества. Таким образом, в проводнике n-типа возникает избыток электронов.
Полупроводники p-типа тоже получаются путем легирования кремния, но уже трехвалентной примесью (например, бором). Эта примесь носит название акцептора. Он может образовывать только три из четырех возможных химических связей. А оставшуюся незаполненной валентную связь принято называть дыркой. Т.е. дырка — это не реальная частица, а абстракция, принятая для более удобного описания процессов, происходящих в полупроводнике. Ее заряд полагают положительным и равным заряду электрона. Итак, в полупроводнике p-типа у нас получается избыток положительных зарядов.
В полупроводниках обоих типов кроме основных носителей заряда (электроны для n-типа, дырки для p-типа) в наибольшом количестве присутствуют неосновные носители заряда: дырки для n-области и электроны для p-области.
Если расположить рядом p- и n-полупроводники, то на границе между ними возникнет диффузный ток. Произойдет это потому, что с одной стороны у нас чересчур много отрицательных зарядов (электронов), а с другой — положительных (дырок). Соответственно, электроны будут перетекать в приграничную область p-полупроводника. А поскольку дырка — место отсутствия электрона, то возникнет ощущение, будто дырки перемещаются в противоположную сторону — к границе n-полупроводника. Попадая в p- и n-области, электроны и дырки рекомбинируют, что приводит к снижению количества подвижных носителей заряда. На этом фоне становятся ясно видны неподвижные положительно и отрицательно заряженные ионы на границах полупроводников (от которых «ушли» рекомбинировавшие дырки и электроны). В итоге получим две узкие заряженные области на границе веществ. Это и есть p-n переход, который также называют обедненным слоем из-за малой концентрации в нем подвижных носителей заряда. Естественно, что здесь возникнет электрическое поле, направление которого препятствует дальнейшей диффузии электронов и дырок. Возникает потенциальный барьер, преодолеть который основные носители заряда смогут только обладая достаточной для этого энергией. А вот неосновным носителям возникшее электрическое поле наоборот помогает. Соответственно, через переход потечет ток, в противоположном диффузному направлении. Этот ток называют дрейфовым. При отсутствии внешнего воздействия диффузный и дрейфовый ток уравновешивают друг друга и перетекание зарядов прекращается.
Ширина обедненной области и контактная разность потенциалов границ перехода (потенциальный барьер) являются важными характеристиками p-n перехода.
Если приложить внешнее напряжение так, чтобы его электрическое поле «поддерживало» диффузный ток, то произойдет снижение потенциального барьера и сужение обедненной области. Соответственно, ток будет легче течь через переход. Такое подключение внешнего напряжения называют прямым смещением.
Но можно подключиться и наоборот, чтобы внешнее электрическое поле поддерживало дрейфовый ток. Однако, в этом случае ширина обедненной зоны увеличится, а потенциальный барьер возрастет. Переход «закроется». Такое подключение называют обратным смещением. Если величина приложенного напряжения превысит некоторое предельное значение, то произойдет пробой перехода, и через него потечет ток (электроны разгонятся до такой степени, что смогут проскочить через потенциальный барьер). Эта граничная величина называется напряжением пробоя.
Все, конец теории, пора перейти к ее практическому применению.
Диоды, наконец-то
Диод, по сути, одиночный p-n переход. Если он подключен с прямым смещением, то ток через него течет, а если с обратным — не течет (на самом деле, небольшой дрейфовый ток все равно остается, но этим можно пренебречь). Этот принцип показан в условном обозначении диода: если ток направлен по стрелке треугольника, то ему ничего не мешает, а если наоборот — то он «натыкается» на вертикальную линию. Эта вертикальная линия на диодах-радиоэлементах обозначается широкой полосой у края.
Помню, когда я была глупой студенткой и впервые пришла работать в цех набивки печатных плат, то сначала ставила диоды как бог на душу положит. Только потом я узнала, что правильное расположение этого элемента играет весьма и весьма значительную роль. Но это так, лирическое отступление.
Диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику.
Области применения диодов
- Выпрямление пременного тока. Основано оно именно на свойстве диода «запираться» при обратном смещении. Диод как бы «срезает» отрицательные полуволны.
- В качестве переменной емкости. Эти диоды называются варикапами.
Здесь используется зависимость барьерной емкости перехода от обратного смещения.
Чем больше его значение, тем шире обедненная область p-n перехода. Ее можно представить себе как плоский конденсатор, обкладками которого явялются границы области, а сама она выступает в качестве диэлектрика. Соответственно, чем толще «слой диэлеткрика», тем ниже барьерная емкость. Следовательно, изменяя приложенное напряжение можно электрически менять емкость варикапа. - Для стабилизации напряжения. Принцип работы таких диодов заключается в том, что даже при значительном увеличении внешнего падения напряжения, падение напряжения на диоде увеличится незначительно. Это справедливо и для прямого, и для обратного смещений. Однако напряжение пробоя при обратном смещении намного выше, чем прямое напряжение диода. Таким образом, если нужно поддерживать стабильным большое напряжение, то диод лучше включать обратно. А чтобы он сохранял работоспособность, несмотря на пробой, нужно использовать диод особого типа — стабилитрон.
В прямосмещенном режиме он будет работать подобно обычному выпрямляющему диоду. А вот в обратносмещенном не будет проводить ток до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет так называемого напряжения стабилитрона, при котором диод сможет проводить значительный ток, а напряжение будет ограничено уровнем напряжения стабилитрона. - В качестве «ключа» (коммутирующего устройства). Такие диоды должны уметь очень быстро открываться и закрываться в зависимости от приложенного напряжения.
- В качестве детекторов излучения (фотодиоды).
Кванты света передают атомам в n-области дополнительную энергию, что приводит к появлению большого числа новых пар электрон-дырка. Когда они доходят до p-n перехода, то дырки уходят в p-область, а электроны скапливаются у края перехода. Таким образом, происходит возрастание дрейфового тока, а между p- и n-областями возникает разность потенциалов, называемая фотоЭДС. Величина ее тем больше, чем больше световой поток. - Для создания оптического излучения (светодиоды).
При рекомбинации дырок и электронов (прямое смещение) происходит переход последних на более низкий энергетический уровень. «Излишек» энергии выделяется в виде кванта энергии. И в зависимости от химического состава и свойств того или иного полупроводника, он излучает волны того или иного диапазона. От состава же зависит и эффективность излучения.
Немного экзотики
Не стоит забывать о том, что p-n переход — одно из явлений микромира, где правит балом квантовая физика и становятся возможными странные вещи. Например, туннельный эффект — когда частица может пройти через потенциальный барьер, обладая меньшей энергией. Это становится возможным благодаря неопределенности соотношения между импульсом и координатами частицы (привет, Гейзенберг!). Этот эффект лежит в основе туннельных диодов.
Чтобы обеспечить возможность «просачивания» зарядов, их делают из вырожденных полупроводников (содержащих высокую концентрацию примесей). В результате получают резкий p-n переход с тонким запирающим слоем. Такие диоды маломощные и низкоинерционные, поэтому их можно применять в СВЧ-диапазоне.
Есть еще одна необычная разновидность полупроводниковых диодов — диоды Шоттки.
В них используется не традиционный p-n переход, а переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки. Барьер этот возникает в том случае, когда разнятся величины работы выхода электронов из металла и полупроводника. Если n-полупроводник имеет работу выхода меньше, чем контактирующий с ним металл, то приграничный слой металла будет заряжен отрицательно, а полупроводника — положительно (электронам проще перейти из полупроводника в металл, чем наоборот). Если же у нас контакт металл/p-полупроводник, причем работа выхода для второго выше, чем для первого, то получим положительно заряженный приграничный слой металла и отрицательно заряженный слой полупроводника. В любом случае, у нас возникнет разность потенциалов, с помощью которой работы выхода из обоих контактирующих веществ сравняются. Это приведет к возникновению равновесного состояния и формированию потенциального барьера между металлом и полупроводником. И так же, как и в случае p-n перехода, к переходу металл/полупроводник можно прикладывать прямое и обратное смещение с аналогичным результатом.
Диоды Шоттки отличаются от p-n собратьев низким падением напряжения при прямом включении и меньшей электрической емкостью перехода. Таким образом, повышается их рабочая частота и понижается уровень помех.
Заключение
Само собой, здесь рассмотрены далеко не все существующие виды диодов. Но надеюсь, что по написанному выше можно составить достаточно полное суждение об этих электронных компонетах.
Источники:
ru.wikipedia.org
mda21.ru
elementy.ru
femto.com.ua
Почему не горят светодиоды? Решено
Причины выхода из строя светодиодов Quantum board или Quantum line. Давайте более подробно разберем самые распространенные случаи и попробуем дать рекомендации, которые помогут избежать подобных проблем:
- Выход из строя светодиодов вследствие того, что драйвер прикручен вплотную к борду. Чтобы избежать подобной проблемы, но при этом есть желание установить драйвер на борд, делать это необходимо через полые проставки, так чтобы между поверхностью борда и драйвером было расстояние не менее чем 5-7 мм. Фотография, как делать не стоит.
- Выход из строя светодиодов вследствие установки Quantum board вплотную к стенке из неотводящего тепло материала: дерева, пластика и т.д. Чтобы избежать подобной проблемы, борд или лайн необходимо устанавливать на расстоянии не менее 3-4 см от поверхности, чтобы была минимальная конвекция и отвод тепла от поверхности борда или лайна. На фотографии ниже пример, как делать не нужно.
- Выход из строя светодиодов вследствие повышенной температуры внутри пространства, в котором установлен светильник. Из-за того, что довольно часто борды и лайны устанавливаются в качестве основного освещения в боксы, тенты и прочие замкнутые конструкции, по законам сохранения энергиисвет, выделяемый светильником,со временем превращается в тепло. Помимо этого, тепло выделяет и сам борд в рабочем состоянии. Если отсутствует приточная вентиляция, а также внутри не происходит перемешивания воздуха, то через определенное время внутреннее пространство нагреется до критической температуры, при которой можно эксплуатировать светильник и выращивать растения. Чтобы избежать данной проблемы, необходимо установить вентилятор внутри, который будет перемешивать воздух, создавая движение воздушной массы и не давать локально перегреваться, а также использовать вытяжные вентиляторы совместно с обратными клапанами для притока свежего воздуха.
- Выход из строя светодиодов вследствие попадания на них удобрений при листовой обработке или воды, содержащей активные вещества. Чтобы избежать подобных проблем, листовую обработку необходимо проводить только после снятия светильника на время обработки. На фотографии ниже, последствия попадания удобрений (химии) на лайны.
- Выход из строя светодиодов вследствие локального перегрева из-за прикосновения светильника к листве растения. Чтобы избежать подобной проблемы, стоит обратить внимание на высоту подвеса светильника относительно верхушки растения и не допускать прикосновения листьев до поверхности светодиодов. На фотографии пример, когда растения дотянулись до поверхности светильника.
- Выход из строя светодиодов вследствие использования блока питания, не соответствующего по техническим параметрам. Чтобы избежать подобной проблемы, спервастоит уточнить у продавца борда, каким максимальным током можно его запитать, а также необходимо учесть параметр напряжения питания борда, чтобы сопоставить его с диапазоном падения напряжения, которое поддерживает блок питания. Если оба параметра совпадают, то можно без опасений производить подключение. Также при последовательном подключении нескольких бордов или лайнов необходимо правильно произвести соединение проводов от клеммы «+» одного борда к клемме «-» другого борда, и далее произвести подключение к соответствующим контактам у драйвера. При параллельном подключении использовать только одинаковые по спектру борды или лайны во избежание некорректного деления тока.
- Механическое повреждение первичной линзы светодиода при монтаже или обслуживании, которое приводит к разрыву питающей цепи светодиодов, как следствие — часть светильника перестает работать. Чтобы избежать подобных случаев, необходимо очень аккуратно производить монтаж или обслуживание, обращая особое внимание на выпуклые силиконовые линзы у красных, уф и дк светодиодов, расположенных в центральной части борда. На фотографии пример, когда повреждена первичная линза у одного из красных светодиодов и фотография целой линзы.
- Выход из строя блока питания вследствие перепадов напряжения в сети 220 вольт. Если в вашей сети существуют просадки или, наоборот, кратковременные , но большие скачки напряжения, то чтобы избежать выхода блока питания из строя, необходимо использовать стабилизатор напряжения или реле напряжения. Первый даст возможность эксплуатировать светильник вне зависимости от текущего значения напряжения в сети, а второй вариант спасет от резкого перепада за счет своевременного отключения потребителей от сети при резком перепаде напряжения.
Написать в Минифермер
Была ли информация полезна?
Нет
Да
Другие вопросы
Что лучше: Samsung 301b, 561с или 281b+PRO?
Рассчитать мощность Quantum Board для растения
Чем Samsung 301h отличается от 301b?
На какой высоте располагать Quantum Board от растения?
Что такое спектр Sunlike?
Нужны ли линзы для бордов?
Почему несколько драйверов по 60 Вт лучше, чем один на 240 Вт?
Что такое Quantum Board?
Каков срок службы светодиодов?
Какие бывают спектры Quantum Board?
Как защитить модуль от влаги и пыли?
Чем разные производители бордов отличаются друг от друга?
Чем модульные борды из нескольких частей по 60 Вт лучше, чем единый борд на одной пластине PCB?
Что такое «БИН» (Bin) светодиода и как он влияет на характеристики?
Что такое диммер и зачем нужно диммирование?
Какой драйвер для борда лучше?
Quantum board на радиаторе или ровной пластине алюминия: что лучше?
Как подключать провода в разъемы квантум бордов
Зачем растениям нужен ультрафиолет?
Чем драйвер Mean Well круче?
Все, что вы хотели знать, и многое другое
Добро пожаловать в мир диодов. В этом руководстве я расскажу вам обо всех основных моментах, от того, что такое диод, до того, как использовать его в электронике.
Это часть нашей серии Основы по диодам и транзисторам.
Что такое диод?
Самый простой способ дать определение диода:
Эта уникальная возможность делает диоды очень полезными в электронике. Они как дороги с односторонним движением в городе. В этой аналогии они позволяют вам направлять поток так, как вы хотите.
#1 Урок для диодов заключается в том, что они подобны односторонним затворам, которые позволяют вам контролировать направление тока, протекающего по вашей цепи.
Как работает диод?
Чтобы понять, как работает диод, давайте посмотрим на поведение диода.
Идеальный диод
Диод выполняет две функции:
- позволяет току течь в одном направлении, называемом прямым направлением
- блокирует ток в другом направлении, называемом обратным направлением
Идеален тем, что прекрасно справляется с обеими задачами. Если бы мы построили ток через диод в зависимости от напряжения, это выглядело бы как следующая идеальная кривая IV диода.
Из-за процесса изготовления диоды в реальном мире не так совершенны. Мы обсудим, почему, как мы продолжим.
Символ диода
Оказывается, есть простой способ представить диоды с помощью символов на схеме. Вот они:
Обратите внимание, что существует много различных символов диодов для типов диодов. Это небольшие отклонения от обычной диодной схемы.
Например, символ стабилитрона просто имеет две дополнительные линии, направленные в противоположные стороны.
Полярность диода
Теперь, когда у нас есть хорошая основа, мы должны обсудить полярность диода. Оказывается, направление диода играет ключевую роль в его поведении.
Почему?
Ну, это связано с физикой диода. Разобьем два конца диода следующим образом:
Анод диода: положительный конец диода, когда напряжение здесь выше, чем на катоде, и достаточно высоко, чтобы включить диод, через него будет течь ток
Катод диода: отрицательный конец диода, он не пропускает ток через этот конец, пока напряжение не станет достаточно высоким, чтобы диод не мог с ним справиться, что называется пробоем.
PN-диод
Физика твердого тела, лежащая в основе работы PN-диода, связана с манипулированием электронами.
Оказывается, мы можем делать материалы с избытком электронов, N-типа, а также с отсутствием электронов, или P-типа.
Когда мы помещаем материал N-типа рядом с материалом P-типа, мы получаем аккуратное поведение.
Секция P-типа, в которой отсутствуют электроны, действует как «дырки», что создает носители положительного заряда.
Секция N-типа имеет избыток электронов.
Так почему бы электронам не присоединиться к дыркам и не сбалансировать все в материале? электронов, потому что они сдвинуты друг относительно друга.
Когда к диоду прикладывается прямое напряжение, что означает, что на анод подается более положительное напряжение, сдвиг между электронами и дырками смещается намного ближе друг к другу, обеспечивая хорошее движение электронов (тока) через устройство.
Вот как создается улица с односторонним движением. диод.
Создан блокпост для тока.
Что делает диод?
Как мы уже говорили, диоды похожи на улицы с односторонним движением. Мы можем использовать их, чтобы направлять ток по определенным путям и предотвращать его обратное движение определенными путями.
Подробнее о различных способах использования диодов мы поговорим позже в разделе «Использование диодов».
Во-первых, давайте обсудим еще несколько ключевых понятий о диодах.
Диод прямого смещения
Что означает наличие диода прямого смещения? Ответ довольно прост, если посмотреть на него правильно.
Видите ли, диод сам по себе состоит из материала N-типа и P-типа, склеенных вместе, как мы обсуждали ранее.
Совместное использование этих двух материалов и поведение материалов дает нечто, называемое областью истощения, которая препятствует свободному протеканию тока через устройство.
Однако, если мы приложим прямое напряжение, которое обычно составляет 0,7 В для общего диода, между анодом и катодом, то мы можем сделать так, чтобы область истощения исчезла, что позволяет току легко течь через диод.
Мы можем видеть этот эффект на изображении выше. Обратите внимание, как 0,7 Вольт подается на анод по сравнению с катодом в нижнем примере, и теперь ток свободно течет через устройство, потому что область истощения теперь исчезла.
Диод обратного смещения
Точно так же, как прямое напряжение может удалить обедненную область, обратное напряжение смещения может сделать обедненную область еще больше.
Это приводит к еще большему повышению блокирующей способности диода, поскольку не позволяет току течь от катода к аноду через устройство.
Типичный диод имеет диапазон напряжения обратного смещения до 50 Вольт. Конечно, вы можете получить диоды, которые идут намного выше, чем это. Иногда в техническом описании эта переменная называется блокирующим напряжением постоянного тока.
Как вы можете видеть на изображении выше, подавая напряжение на катодный конец диода в нижнем примере, вы можете еще больше увеличить область истощения, блокируя протекание любого тока через устройство.
Утечка при обратном смещении
Настоящие диоды не идеальны, поскольку некоторый ток утечки будет проходить от катода к аноду. Количество, как правило, небольшое, но если это проблема для вашей конструкции, важно правильно выбрать диод.
Напряжение пробоя
Что произойдет, если мы продолжим увеличивать напряжение на катоде и превысим номинал обратного смещения на диоде?
Происходит поломка. Это когда диод выходит за рамки ожидаемого поведения, и теперь диод начинает пропускать через себя ток от катода к аноду.
Большинство диодов обычно выходят из строя, когда это происходит. Чтобы визуализировать то, что мы только что узнали, давайте посмотрим на график, показывающий различные режимы работы диода. Это кривая IV для реального диода.
Обратите внимание, как ток по оси Y протекает через диодную яму при прямом напряжении 0,7 В для типичного диода. Напряжение пробоя — это когда ток начинает течь в противоположном направлении, что составляет -50 вольт для типичного диода.
Все настоящие диоды также будут иметь ток утечки, при котором ток будет течь от катода к аноду, если он не смещен в прямом направлении.
Иногда вам могут понадобиться другие характеристики, такие как сопротивление диода. Для многих схем это не очень важный фактор.
Однако для более чувствительных цепей одним из способов определения сопротивления диода в режиме прямого смещения является использование классической формулы сопротивление = напряжение/ток.
В этом случае вы можете измерить падение напряжения на диоде для различных режимов цепи, которые вам интересны, по отношению к току через диод.
Уравнение диода
Полезным упражнением для понимания поведения диода является изучение уравнения тока диода.
Давайте сначала рассмотрим уравнение идеального диода, а затем посмотрим, как эффекты реального мира меняют его поведение. Оно выглядит следующим образом:
где:
- Is = темновой ток насыщения
- q = значение заряда электрона
- Vd = напряжение на диоде
- n = идеальный коэффициент, n = 1 для идеальных диодов и n = от 1 до 2 для реальных диодов
- k = постоянная Больцмана, 1,38064852E-23 Дж/Кельвин
- T = температура (Кельвин)
Чтобы сократить уравнение, мы знаем, что kT/q называется тепловое напряжение, или Vt. Мы можем изменить уравнение следующим образом:
Здесь Vt = 0,026 Вольт при нормальной температуре.
Как видите, уравнение нелинейное, что усложняет моделирование поведения диода. Это просто означает, что настоящие диоды в основном делают то же, что и идеальные диоды, но не идеально.
Если вы заинтересованы в моделировании диодов, здесь есть отличная статья об этом. Поэтому они не повреждаются при переходе в режим пробоя, поскольку их конструкция распределяет плотность тока более равномерно.
Эти диоды обычно используются в качестве защиты от нежелательных или неожиданных напряжений. Они могут переходить в режим пробоя и отводить избыточную энергию в землю, экономя цепь, которая не предназначена для работы с такими напряжениями. дают рост его прямому напряжению 0,7 Вольт. Но что, если вам нужен диод с меньшим напряжением?
Здесь может пригодиться германиевый диод. Учитывая свойства материала, эти диоды имеют типичное прямое напряжение 0,3 Вольта.
Более низкое напряжение делает этот тип диода удобным в аудио и FM цепях. Это был популярный диод еще до того, как кремниевые диоды стали мейнстримом. Он отличается от других диодов тем, что имеет только материал N-типа (в нем нет материала P-типа).
Он состоит из двух секций из материала N-типа, соединенных тонкой секцией из материала N-типа. Что происходит, так это то, что по мере увеличения напряжения на устройстве ток увеличивается до определенной точки, в которой ток начинает уменьшаться.
Это заставляет устройство действовать так, как если бы оно имело отрицательное сопротивление. Он также может проводить ток в обе стороны из-за отсутствия материала P-типа.
Обычно они используются в схемах электронных генераторов для создания микроволн, в том числе в радарных скоростных пушках и автоматических открывателях дверей. Диодный светодиод — это устройство, которое излучает фотоны, когда через него проходит ток.
В наши дни светодиоды чрезвычайно распространены и их можно найти повсюду в электронике. Цена была снижена настолько дешево, что они даже используются в схемах для обозначения функций на уровне платы.
Новые технологии работают над повышением стоимости органических светоизлучающих диодов, которые предлагают еще больше преимуществ, включая гибкие дисплеи. Таким образом, эти устройства удобны для обнаружения фотонов на самых разных длинах волн.
На самом деле все технологии цифровых камер работают с использованием массива фотодиодов, где каждый диод считается пикселем.
Существуют даже устройства, называемые детекторами с диодной матрицей, в которых есть набор фотодиодов, работающих при обнаружении различных длин волн света, что позволяет собирать информацию в широком спектральном диапазоне.
PIN-диод
PIN-диоды, как следует из названия, состоят из нелегированного материала, помещенного между материалами P-типа и N-типа. Нелегированный материал создает так называемую внутреннюю область.
Эти диоды удобны в высокочастотных цепях. Из них получаются отличные радиочастотные и микроволновые аттенюаторы и переключатели.
Диод Шоттки
В диоде Шоттки удален материал P-типа и вместо него используется металл с материалом N-типа для создания диода.
Преимуществом является более низкое прямое напряжение, что позволяет увеличить частоту переключения в некоторых приложениях. Это в сочетании с более быстрым временем восстановления делает их полезными в цепях, таких как импульсные источники питания. Он имел четыре слоя материала PNPN.
Эти диоды больше не производятся, но их поведение можно имитировать с помощью динистора. Они являются наиболее распространенными и обычно имеют прямое напряжение около 0,7 В.
Самое замечательное в этих устройствах то, что поначалу ток очень легко проходит от анода к катоду. Затем, когда прямое напряжение увеличивается, ток, протекающий через устройство, уменьшается, создавая отрицательное сопротивление.
Затем, когда напряжение увеличивается еще больше, он начинает работать как обычный диод. Однако диод желателен из-за области отрицательного сопротивления. Они полезны в преобразователях частоты и схемах детекторов.
Варакторный диод
Варакторный диод предназначен для использования емкости диода, зависящей от напряжения, в режиме обратного смещения. схемы умножителя частоты.
Стабилитрон
Стабилитроны имеют гораздо более крутую кривую тока, чем другие диоды в области пробоя.
Это означает, что хотя они работают как другие обычные диоды (анод к катоду), они также могут пропускать ток в обратном направлении (от катода к аноду), когда достигается обратное напряжение смещения.
Другие диоды не предназначены для работы в
Общие диоды
1N400X Series
Диод серии 1N400X отлично подходит для самых разных применений. Они часто встречаются в цепях питания постоянного тока для защиты. Изображение диода 1N4001 можно увидеть ниже.
Вот чем они хороши:
- низкая стоимость
- малая обратная утечка
- высокий импульсный ток в прямом направлении
- максимальный прямой ток = 1 ампер
- максимальное прямое напряжение при максимальном токе = 1,1 В варьируется в зависимости от выбранной части X, от 50 В до 1000 В
Some specific examples are:
- 1N4001 diode — reverse bias = 50 Volts, link
- 1N4004 diode — reverse bias = 400 Volts, link
- 1N4007 diode — reverse bias = 1000 Volts, link
1N540X Серия
Если вам нужен больший прямой ток, серия 1N540X — отличный вариант. Они очень похожи на серию 1N400X, за исключением:
- Максимальный прямой ток = 3 А
- Импульсный ток намного выше
Пример:
1N5408 Диод – обратное смещение = 1000 В, 1 чернила
Слабый сигнал
Для других типов цепей, в том числе для слабых сигналов, имеются более подходящие диоды.
Когда вы имеете дело с более низким током и более низким напряжением, эти диоды пригодятся.
Вот несколько замечательных примеров:
- Диод 1N914 — обратное смещение = 100 В, прямой ток = 0,2 А, ссылка
- 1N4148 Диод — обратное смещение = 100 В, прямой ток = 0,2 А, ссылка
Упаковка диодов
Диоды поставляются в различных вариантах упаковки, включая сквозное отверстие, поверхностный монтаж и более крупные упаковки, такие как те, которые используются в высокочастотных устройствах и приложениях высокой мощности.
В зависимости от технических характеристик диода размер будет отличаться. Например, диоды высокого напряжения, как правило, намного больше, чем варианты с низким напряжением.
Например, диоды со сквозным отверстием будут иметь номера, напечатанные на детали, а также тонкую полоску на одном конце диода, обозначающую катод.
В техническом паспорте детали показано, из чего состоят маркировки и что они означают. самых популярных диодных схем, чтобы получить лучшее представление о том, как использовать диоды.
Выпрямительный диод
Диодный выпрямитель – один из наиболее распространенных способов использования диода. Далее рассмотрим несколько конкретных примеров.
Диодный мост
Здесь стоит упомянуть две разновидности: двухполупериодный и двухполупериодный выпрямители. сигнал выше 0 вольт. Для этого можно использовать диод.
Обычно схема такого типа используется для выпрямителя переменного тока на 120 В, как показано ниже. Это называется однополупериодным выпрямителем.
Обратите внимание, что передаются только положительные компоненты входного сигнала, а отрицательные нет.
Проблема в том, что в этом примере вы получаете только половину сигнала, положительную половину. Во многих ситуациях это может быть все, что вам нужно.
В ситуациях, когда вам нужны оба компонента, вам понадобится полная волна, о которой мы поговорим далее.
Двухполупериодный выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель представляет собой комбинацию из 4 диодов, позволяющую получить положительные и отрицательные компоненты сигнала на положительном выходе.
Диоды расположены таким образом, что входной сигнал всегда проходит через диоды, будь то положительное или отрицательное напряжение. Это расположение диодов можно увидеть ниже.
Входной сигнал преобразуется во все положительные, как показано ниже (вход и выход имеют цвет, соответствующий приведенной выше диаграмме.
Двухполупериодные выпрямители поставляются в готовой упаковке с более высокими ограничениями по току. Пример можно увидеть ниже.
Вы можете также расставьте свои собственные диоды по отдельности, чтобы создать свой собственный двухполупериодный мост. Вы должны выбрать хорошие силовые диоды или диоды с более высоким прямым током и более высоким напряжением пробоя для вашего приложения.
Детали 1N4007 и 1N5408 отлично подходят для прямого выпрямления 120 В переменного тока, в зависимости от ваших требований к максимальному току. Обратите внимание, что максимальное обратное смещение здесь имеет решающее значение, а номинальное напряжение в 1000 вольт на этих деталях дает вам достаточный запас прочности.
Если вы используете понижающий трансформатор между 120 В переменного тока и двухполупериодным мостом, определите максимальное напряжение и убедитесь, что выбранные вами диоды имеют достаточный запас (в 2-3 раза выше) для обратного смещения.
Если вы заинтересованы в сглаживании пульсаций, вы можете использовать конденсатор на выходе, соответствующий потреблению тока в вашей цепи, и получить хорошее постоянное напряжение на выходе.
Обратный диод
Существует много названий для одного и того же типа диода, включая демпфирующий диод, обратный диод и супрессорный диод. ток через индуктивную нагрузку резко меняется.
Как мы обсуждали в статье об индукторах, всякий раз, когда индуктор видит изменение тока, проходящего через него, он создает всплеск напряжения ЭДС, чтобы попытаться стабилизировать изменение тока.
Во многих цепях эта генерируемая ЭДС обычно нежелательна и иногда может привести к повреждению других частей цепи.
Во избежание повреждения диод можно разместить таким образом, чтобы ток в случае скачка напряжения ЭДС протекал через диод, а не через другие компоненты схемы, которые могут быть повреждены.
Общая схема, где это полезно, это управление небольшим вентилятором или дросселем реле. Как правило, большинство цифровых выводов могут потреблять менее 20 миллиампер, поэтому это необходимо для усилителя тока. См. пример схемы диода ниже.
Транзистор NPN хорошо работает здесь, потому что цифровой вывод может обеспечить 10 миллиампер для включения транзистора NPN, а транзистор может выдерживать ток, необходимый для вентилятора или катушки индуктивности реле.
Всякий раз, когда транзистор выключается, в катушке индуктивности наблюдается резкое падение тока и возникает всплеск обратной ЭДС.
Без диода всплеск будет проходить через транзистор, обычно повреждая его. При размещении диода параллельно индуктору скачок напряжения ЭДС включает диод и позволяет току течь через диод обратно в индуктор, где он рассеивается.
Это обратное течение тока обратно в катушку индуктивности, откуда и произошло название этого типа диода. , высокий импульсный ток и характеристики обратного смещения 50 В. Это хорошо работает в цепях на 12 В. Если ваше напряжение выше, вам может понадобиться более мощная часть.
Регулятор напряжения на стабилитроне
Как уже говорилось ранее, стабилитроны предназначены для работы в режиме напряжения пробоя.
Одним из способов воспользоваться этим преимуществом является регулятор Зенера. Нам просто нужен правильно подобранный резистор и стабилитрон, чтобы получить желаемое выходное напряжение.
Пример схемы стабилитрона можно увидеть ниже.
Зенер ограничивает входное напряжение до напряжения пробоя диода в этой цепи для выхода. Для этого он должен пропускать ток через диод, который будет рассеиваться в виде тепла, но только тогда, когда входное напряжение выше напряжения пробоя.
Требуемое выходное напряжение будет определять стабилитрон, так как вы выберете диод на основе его напряжения пробоя, чтобы он соответствовал выходному напряжению. Вы должны получить диод, который может справиться с мощностью, которая должна быть рассеяна.
Резистор должен быть тщательно выбран на основе потребляемого тока в цепи. Отличный калькулятор для подбора этих деталей здесь.
Блокирующий диод
Такое использование диода — это просто название, данное ситуации, когда диод используется для направления тока только в одном направлении.
Отличным примером является схема солнечной панели и зарядного устройства. Когда солнце светит и солнечные панели вырабатывают ток, они, как правило, находятся под более высоким напряжением, чем батарея, которую заряжает схема, поэтому ток будет течь от панелей к батарее.
Однако в ночное время солнечный свет не падает на солнечные панели, поэтому они не будут производить ток. Батарея в этот момент будет находиться под более высоким напряжением, и без блокирующего диода ток будет течь от батареи к панелям, тратя энергию впустую.
Когда между солнечными панелями и батареей установлен диод, он позволяет току течь от панелей к батарее, но не позволяет току течь от батареи к панелям.
Таким образом, он «блокирует» нежелательное протекание тока. Каждый раз, когда есть вероятность, что кто-то может вставить батареи в обратном направлении или подключить питание постоянного тока в обратном направлении, отличным способом защиты цепи является блокировочный диод.
Диод гарантирует, что только правильная полярность напряжения позволит току течь в цепи, защищая их от отрицательного напряжения.
Загвоздка в том, что вы должны выбрать диод, способный выдержать максимальный прямой ток, который будут потреблять цепи. Кроме того, напряжение цепи будет уменьшено прямым напряжением диода.
Фиксирующий диод
Фиксирующий диод — это просто способ использования конденсатора и диода для управления уровнем постоянного тока сигнала.
В следующем примере схемы конденсатор и диод создают смещение постоянного тока на входном сигнале переменного тока. ниже.
Вы можете пойти еще дальше, если поместите источник напряжения между диодом и землей, чтобы добавить больше смещения постоянного тока в нужном направлении.
Ограничивающий диод
В отличие от ограничительного является ограничительным. Здесь вы можете использовать последовательный резистор и диод, чтобы отсекать нежелательную часть входного сигнала.
Для положительного ограничения диод расположен так, что он включен, когда сигнал выше прямого напряжения, и, следовательно, диод проводит ток, ограничивая верхнее напряжение около 0,7 Вольт.
Пример можно увидеть ниже. Резистор R2 является просто примером резистора и не требуется.
Обратите внимание, что в приведенном выше примере максимальное верхнее напряжение ограничивается на уровне 0,7 В, что соответствует прямому напряжению диода.
Если требуется ограничение отрицательного значения, вы можете просто перевернуть диод. В этом случае всякий раз, когда входной сигнал является отрицательным за пределами прямого напряжения, диод будет включен и будет проводить ток, отсекая отрицательный сигнал на уровне -0,7 Вольт.
Ниже приведен пример. Опять же, R2 не требуется.
В приведенном выше примере обратите внимание, как отрицательная часть сигнала обрезается на уровне -0,7 Вольт.
Чтобы пойти еще дальше, вы можете добавить напряжение между диодом и землей, чтобы изменить место, где происходит отсечение входного сигнала.
Вы также можете выполнять параллельное ограничение как положительного, так и отрицательного, установив два диода параллельно с противоположной полярностью, чтобы обрезать верхнюю и нижнюю части сигнала.
Вам понравилась эта статья или у вас есть интересный опыт работы с диодами? Дайте нам знать об этом в комментариях ниже!
Эффективные полностью неорганические перовскитные светоизлучающие диоды, получаемые за счет управления ориентацией кристаллов
Эффективные полностью неорганические перовскитные светоизлучающие диоды, работающие за счет управления ориентацией кристаллов†
Вэньцзин
Фэн, ‡ и
Кебин
Лин, ‡ и
Вэньцян
Ли, и
Сянтянь
Сяо, б
Цзяньсюнь
Лу, и
Чуаньчжун
Ян, и
Синьи
Лю, 9 лет0463 и
Лицян
Се, и
Чэнбо
Тиан, и
Дэн
Ву* до н. э.
Кай
Ван* б
а также
Чжаньхуа
Вэй
* и
Принадлежности автора
*
Соответствующие авторы
и
Сямэньская ключевая лаборатория оптоэлектронных материалов и передового производства, Институт люминесцентных материалов и информационных дисплеев, Колледж материаловедения и инженерии, Университет Хуацяо, Сямынь 361021, Китай
Электронная почта:
weizhanhua@hqu. edu.cn
б
Кафедра электротехники и электронной техники, Южный научно-технический университет, Шэньчжэнь 518055, Китай
Электронная почта:
[email protected]
в
Колледж новых материалов и новых энергий, Шэньчжэньский технологический университет, Lantian Road 3002, Pingshan District, Shenzhen, Guangdong, China
Электронная почта:
[email protected]