Плюс и минус и диода: как определить плюс и минус

Новое поступление силовых диодов

Диод — это полупроводниковый прибор, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов. Основа диода — p-n переход, пропускающий ток только в одну сторону. Это основное свойство диода — диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет.

Диод может находиться в одном из двух состояний:

1. Открытое — когда он хорошо проводит ток. 

• Если к выводам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс», а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода. 

2. Закрытое — когда он плохо проводит ток.

• Если к выводам диода подключить источник постоянного напряжения в обратном порядке: на вывод анода «минус», а на вывод катода «плюс», то диод окажется в закрытом состоянии.

Зависимость тока, проходящего через диод, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольтамперной характеристикой (ВАХ) диода. На графике ниже изображена ВАХ диода. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).

По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части — обратного напряжения (Uобр).

ВАХ состоит из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому току через диод (диод открыт), и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному току через диод (диод закрыт).

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения. Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из ВАХ видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр). При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что кремниевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,5 — 0,6В.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

В продажу поступили силовые выпрямительные диоды серий Д161 и Д171, предназначенные для работы в цепях постоянного и переменного тока частотой до 500 Гц силовых электротехнических установок, в том числе полупроводниковых преобразователях электроэнергии. Конструкция диодов штыревая, в металлокерамическом корпусе с гибким выводом и прижимными контактами. Медное основание диодов выполнено в виде болта, в головке которого находится кристалл р-n перехода; с помощью шайб и гайки диод крепится к охладителю. Основание служит одним из выводов, другой вывод оформлен в виде медной «косички» с контактом под болтовой зажим.

На открытом силовом выпрямительном кремниевом диоде падение напряжения составляет от 0,7 до 1,5 В (на красной линии показана ВАХ диода при предельной температуре (горячего), синей — холодного).

Соответственно при токах величиной сотни ампер на диоде выделяется тепловая мощность в сотни ватт, что делает невозможной эксплуатацию силовых диодов без эффективного теплоотвода. С целью улучшения условий теплоотвода силовые диоды одного и того же типа изготавливают «прямыми» и «обратными». У «прямых» диодов анодом является основание, катодом — гибкий вывод; у «обратных» наоборот. Обратные диоды в маркировке содержат символ «х». Наличие двух конструктивных исполнений диодов одного и того же типа позволяет при сборке схем выплямления крепить диоды разных плеч выпрямителя к одному радиатору без использования изолирующих прокладок, что упрощает конструкцию крепления и улучшает условия теплоотвода. Диоды допускают воздействие вибрационных нагрузок в диапазоне частот 1-100 Гц и многократные удары длительностью 2-15 мс с ускорением до 147 м/с2, что позволяет применять их в подвижных электроустановках, например, на транспорте.

Новое поступление диодов на склад «Промэлектроники»:

Полупроводниковый диод. Принцип его работы, параметры и разновидности.

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник «n» типа и полупроводник «p» типа.

Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник «n» типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник «p» типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

• Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

• Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

• Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

• Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

• СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

• Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

• Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

• Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

• Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

• Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве. Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

• U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

• U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

  Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

• I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

• I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

• U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком «max». Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Варикап. Что это такое?

• Биполярный транзистор.

• Как обозначается полевой транзистор на схеме?

Полупроводниковый диод с P-N переходом — Диод

Что
Полупроводниковый диод с p-n переходом?

А
Диод с p-n переходом представляет собой двухвыводной или двухэлектродный полупроводниковый прибор,
который пропускает электрический ток только в одном направлении
в то время как блокирует электрический ток в противоположном или обратном направлении
направление. Если диод смещен в прямом направлении, он позволяет
протекание электрического тока. С другой стороны, если диод
с обратным смещением он блокирует прохождение электрического тока.
П-Н
переходной полупроводниковый диод также называется p-n переходом
полупроводниковый прибор.

В
n-тип
полупроводники, бесплатно
электроны являются основными носителями заряда, тогда как в
р-тип
полупроводники, дырки
являются основными носителями заряда. Когда n-тип
полупроводник соединяется с полупроводником p-типа, p-n
соединение образуется. p-n переход, который образуется
при соединении полупроводников p-типа и n-типа
называется диодом с p-n переходом.

Р-н
переходной диод изготовлен из полупроводниковых материалов
такие как кремний, германий и арсенид галлия. За
при разработке диодов кремний предпочтительнее
германий. Кремниевые диоды с p-n переходом.
полупроводники работают при более высокой температуре по сравнению с
с германиевыми диодами с p-n переходом
полупроводники.

основной символ диода с p-n переходом при прямом смещении и
обратное смещение показано на рисунке ниже

В
На приведенном выше рисунке стрелка диода указывает
обычное направление электрического тока, когда
диод смещен в прямом направлении (от положительного вывода к
минусовая клемма). Отверстия, которые перемещаются от положительного
клемма (анод) к отрицательной клемме (катоду)
традиционное направление тока.

Свободные электроны, движущиеся от отрицательного полюса
(катод) к положительной клемме (анод) на самом деле
проводить электрический ток. Однако из-за
соглашение, мы должны предположить, что текущее направление
от положительной клеммы к отрицательной клемме.

Смещение
Полупроводниковый диод с p-n переходом

процесс подачи внешнего напряжения на p-n переход
полупроводниковый диод называют смещающим. Внешнее напряжение до
диод с p-n переходом применяется любым из двух способов:
прямое смещение или обратное смещение.

Если
диод с p-n переходом смещен в прямом направлении, что позволяет
протекание электрического тока. В условиях прямого смещения
Полупроводник p-типа подключен к положительной клемме
батареи в то время как; полупроводник n-типа подключен к
отрицательную клемму аккумулятора.

Если
диод с p-n переходом смещен в обратном направлении, он блокирует
протекание электрического тока. В условиях обратного смещения
Полупроводник p-типа подключен к отрицательной клемме
батареи в то время как; полупроводник n-типа подключен к
положительный полюс аккумулятора.

Выводы p-n перехода диода

Обычно,
Терминал относится к точке или месту, в котором любой объект
начинается или заканчивается. Например, автовокзал или конечная станция — это
место, в котором все автобусы начинаются или заканчиваются. Точно так же в
диод с p-n переходом, клемма относится к точке, в которой
носителей заряда начинается или заканчивается.

Р-н
переходной диод состоит из двух выводов: положительного и
отрицательный. В
положительная клемма, все свободные электроны закончатся и все
отверстия начнутся, тогда как на отрицательной клемме все
свободные электроны начнутся, а все дырки закончатся.

В
диод p-n перехода с прямым смещением (p-тип подключен к
положительный терминал и n-тип, подключенный к отрицательному
клемма), клемма анода является положительной клеммой, тогда как
катодная клемма — отрицательная клемма.

Анод
клемма — положительно заряженный электрод или проводник,
который обеспечивает отверстия для p-n перехода. Другими словами,
анод или клемма анода или положительная клемма является источником
положительных носителей заряда (дырок), положительный заряд
носители (дырки) начинают свой путь на анодном терминале и
проходит через диод и заканчивается на катодном выводе.

Катод
отрицательно заряженный электрод или проводник, который
доставляет свободные электроны к p-n переходу. Другими словами,
катодная клемма или отрицательная клемма является источником свободного
электроны, носители отрицательного заряда (свободные электроны)
начинают свое путешествие на катодном терминале и проходят через
диода и заканчивается на клемме анода.

свободные электроны притягиваются к клемме анода или
положительная клемма, тогда как отверстия притягиваются к
катодная клемма или отрицательная клемма.

Если
диод смещен в обратном направлении (p-тип подключен к отрицательному
терминал и n-тип, подключенный к положительному терминалу),
клемма анода становится отрицательной клеммой, тогда как
катодный стержень становится положительным стержнем.

Анод
терминал или отрицательный терминал поставляет свободные электроны к
p-n переход. Другими словами, анодный терминал является источником
свободных электронов, свободные электроны начинают свой путь
на отрицательной или анодной клемме и заполняет большое количество
дырки в полупроводнике р-типа. Отверстия в p-типе
полупроводник притягивается к отрицательной клемме.
Свободные электроны с отрицательного вывода не могут двигаться
к положительному терминалу, потому что широкое истощение
область на p-n переходе сопротивляется или противостоит потоку
свободные электроны.

Катод
клемма или положительная клемма поставляет отверстия к p-n
узел. Другими словами, катодный терминал является источником
дырки, дырки начинают свое путешествие с плюса или с катода
концевой и занимает позицию электронов в n-типе
полупроводник. Свободные электроны в n-типе
полупроводник притягивается к плюсовой клемме.
Отверстия от положительной клеммы не могут двигаться к
отрицательный терминал, потому что широкая обедненная область на
p-n переход препятствует потоку дырок.

Кремний и
германиевые полупроводниковые диоды

• Для
  при разработке диодов кремний предпочтительнее
  германий.
• Диоды с p-n переходом из кремниевых полупроводников работают
  при более высокой температуре, чем германиевый полупроводник
  диоды.
• Вперед
  напряжение смещения для кремниево-полупроводникового диода
  примерно 0,7 вольт, тогда как для германия
  полупроводниковый диод примерно
  0,3 вольта.
• Кремний
  полупроводниковые диоды не пропускают электрический ток
  поток, если напряжение на кремниевом диоде меньше
  чем 0,7 вольта.
• Кремний
  полупроводник
  диоды начинают пропускать ток, если напряжение
  приложенное к диоду достигает 0,7 вольта.
• Германий
  полупроводниковые диоды не пропускают электрический ток
  поток, если напряжение, приложенное к германиевому диоду,
  менее 0,3 вольта.
• Германий
  полупроводниковые диоды начинают пропускать ток, если
  напряжение на германиевом диоде достигает 0,3
  вольт.
• стоимость кремниевых полупроводников низка по сравнению с
  германиевые полупроводники.

Преимущества
диода с p-n переходом

P-n
переходной диод является простейшей формой всех полупроводниковых
устройства. Тем не менее, диоды играют важную роль во многих
электронные устройства.

Diodes Incorporated — аналоговые, дискретные, логические, смешанные сигналы

Самые компактные в отрасли выпрямители Шоттки на 4 и 5 А

Выпрямители Шоттки малого форм-фактора CSP обеспечивают высочайшую плотность тока и максимизируют площадь платы

Учить больше

Analog Experts

Широкий портфель
Простые решения
Низкие токи покоя

Учить больше

USB Type-C

Признанный лидер комплексных решений
Широкий выбор для различных рынков
Переключатели и ReDrivers с
лучшая на рынке производительность

Учить больше

Дискретные устройства

Широкий ассортимент семейств высокопроизводительных продуктов
Термически эффективная технология упаковки

Учить больше

Устойчивое развитие

Наш шанхайский завод A/T был удостоен награды «Зеленая фабрика» Муниципальной комиссии по экономическим и информационным технологиям и Комиссии по развитию и реформам.

Учить больше

Продукты, соответствующие требованиям автомобильной промышленности

Соответствие стандарту AEC-Q и поддержка PPAP
с объектов, соответствующих стандарту IATF16949

Учить больше

Новый контент

Использование и выбор одноканального интеллектуального переключателя нагрузки (примечания по применению)

Учить больше

Преобразование логики и напряжения

Наиболее популярные функции
Основные логические семейства
Отдельные ворота, совместимые с автомобильной промышленностью

Учить больше

Двухпортовый декодер протокола USB PD3.