Jak určit typ diody?

Hezký den všem! V minulém článku jsem hovořil o dynamických charakteristikách polovodičových diod. Změnou fyzikálních charakteristik pn struktur (tloušťka a plocha pn přechodu, koncentrace akceptorových a donorových nečistot, polovodičový materiál atd.) se mění elektrické parametry diod. Polovodičová zařízení získaná během těchto změn se obecně nazývají diody, ale v závislosti na získaných charakteristikách mají konkrétní název, například zenerova dioda, varikap, pulzní dioda atd. V tomto článku se budeme zabývat klasifikací a typy polovodičových diod a jejich hlavními parametry.

Chcete-li sestavit radioelektronické zařízení, můžete si předem vyrobit sadu DIY KIT pomocí odkazu.

Klasifikace a označení polovodičových diod

Označení domácích polovodičových diod je alfanumerický kód sestávající převážně z pěti prvků.

Symboly některých typů polovodičových diod.

První prvek – písmeno nebo číslo (méně často) označuje polovodičový materiál, ze kterého je dioda vyrobena. Používají se následující prvky:

Г nebo 1 – germanium nebo jeho sloučeniny;

К nebo 2 – křemík nebo jeho sloučeniny;

А nebo 3 – sloučeniny galia (například arsenid galia GaAs);

И nebo 4 – sloučeniny india (například fosfid india InP).

Druhý prvek – písmeno označující podtřídu polovodičové diody:

Д – usměrňovač nebo pulzní dioda;

Ц – oprava sloupků a bloků;

В – varikapy;

И – tunelové diody;

А – ultravysokofrekvenční diody;

С – zenerova dioda;

Г – generátory hluku;

Л – vyzařující optoelektronická zařízení;

О – optočlen.

Třetí prvek – číslo udávající hlavní funkce zařízení. V závislosti na podtřídě zařízení tento prvek (číslo) označuje jinou charakteristiku.

Pro podtřídu usměrňovačů nebo pulzních diod Д:

1 – usměrňovací diody s konstantní nebo průměrnou hodnotou propustného proudu nejvýše 0,3 A;

2 – usměrňovací diody s konstantní nebo průměrnou hodnotou propustného proudu větší než 0,3 A, ale ne více než 10 A;

4 – pulzní diody s dobou obnovení zpětného odporu nad 500 ns;

5 – pulsní diody s dobou obnovení zpětného odporu delší než 150 ns, ale ne vyšší než 500 ns;

6 – pulsní diody s dobou obnovení zpětného odporu delší než 30 ns, ale ne vyšší než 150 ns;

7 – pulsní diody s dobou obnovení zpětného odporu delší než 5 ns, ale ne vyšší než 30 ns;

8 – pulsní diody s dobou obnovení zpětného odporu delší než 1 ns, ale ne vyšší než 5 ns;

9 – pulzní diody s efektivní životností minoritních nosičů náboje menší než 1 ns.

Pro podtřídu opravných sloupků a bloků Ц:

1 – pro póly s konstantní nebo průměrnou hodnotou stejnosměrného proudu nejvýše 0,3 A;

2 – pro póly s konstantní nebo průměrnou hodnotou stejnosměrného proudu od 0,3 do 10 A;

3 – pro jednotky s konstantní nebo průměrnou hodnotou stejnosměrného proudu nejvýše 0,3 A;

4 – pro jednotky s konstantním nebo průměrným dopředným proudem od 0,3 do 10 A.

Pro podtřídu varicap В;

1 – ladění varikapů;

2 – množící se varikapy.

Pro podtřídu tunelových diod И:

1 – zesilovací tunelové diody;

2 – tunelové diody generátoru;

3 – spínací tunelové diody;

4 – reverzní diody.

Pro podtřídy ultravysokofrekvenčních diod А:

1 – směšovací diody;

2 – detektorové diody;

3 – zesilovací diody;

4 – parametrické diody;

5 – spínací nebo omezovací diody;

6 – násobící a ladicí diody;

7 – generátorové diody;

8 – pulzní diody.

Pro podtřídu zenerových diod С:

1 – Zenerova dioda s výkonem do 0,3 W a stabilizačním napětím do 10 V;

2 – Zenerova dioda s výkonem do 0,3 W a stabilizačním napětím od 10 do 100 V;

3 – Zenerova dioda s výkonem do 0,3 W a stabilizačním napětím vyšším než 100 V;

4 – Zenerova dioda s výkonem od 0,3 W do 5 W a stabilizačním napětím do 10 V;

5 – Zenerova dioda s výkonem od 0,3 W do 5 W a stabilizačním napětím od 10 do 100 V;

6 – Zenerova dioda s výkonem od 0,3 W do 5 W a stabilizačním napětím vyšším než 100 V;

7 – Zenerova dioda s výkonem od 5 W do 10 W a stabilizačním napětím do 10 V;

8 – Zenerova dioda s výkonem od 5 W do 10 W a stabilizačním napětím od 10 do 100 V;

9 – Zenerova dioda s výkonem od 5 W do 10 W a stabilizačním napětím vyšším než 100 V;

Pro podtřídu generátorů hluku Г:

1 – generátory nízkofrekvenčního šumu;

2 – generátory vysokofrekvenčního šumu.

Pro podtřídu vyzařujících optoelektronických zařízení Л:

1 – infračervená emitující dioda;

2 – modul vyzařující infračervené záření;

3 – přisvětlovací dioda;

4 – indikátor znamení;

5 – vývěsní štít;

6 – měřítko;

7 – obrazovka;

Pro podtřídu optočlenů О;

Р – odporový optočlen;

Д – diodový optočlen;

Т – tranzistorový optočlen.

Čtvrtý prvek – dvou nebo třímístné číslo označující sériové číslo vývoje.

Pátý prvek – písmeno označující rozšíření parametrů zařízení vyrobených stejnou technologií.

Kromě těchto pěti prvků lze přiřadit další parametry:

— čísla od 1 do 9 označující úpravy zařízení vedoucí ke změnám jeho konstrukce nebo elektrických parametrů;

– dopis С k označení sestav – souborů podobných zařízení, která nejsou elektricky propojena nebo propojena stejným typem svorek.

Zvažme hlavní typy polovodičových zařízení, princip jejich fungování, hlavní parametry a vlastnosti.

Usměrňovací diody

Asymetrie proudově-napěťové charakteristiky pn přechodu se využívá k usměrnění nízkofrekvenčního střídavého elektrického proudu (do 100 kHz). Diody určené pro takové účely se nazývají Rectifier Diodes a jsou nejběžnější. U diod tohoto typu má pn přechod velkou plochu pro zajištění toku proudů požadované velikosti.

Hlavní parametry usměrňovacích diod jsou uvedeny níže.

Průměrné dopředné napětí U_pr.sr. (V_F) – průměrné propustné napětí na diodě za dobu, kdy jí protéká maximální přípustný usměrněný proud.

Průměrný zpětný proud I_obr.sr. (I_R) – průměrný zpětný proud za určitou dobu, měřený při maximálním zpětném napětí.

Maximální přípustné zpětné napětí U_arr.max (U_RRM) – nejvyšší konstantní (nebo pulzní) zpětné napětí, při kterém může dioda spolehlivě a dlouhodobě pracovat.

Maximální přípustný usměrněný proud I_vp.sr.max (I_F(AV)) – průměrný proud diodou za určitou dobu, což zajišťuje její spolehlivý a dlouhodobý provoz.

Maximální frekvence f_max (F_t) – nejvyšší frekvence přiváděného napětí, při které usměrňovač na dané diodě pracuje celkem efektivně a zahřívání diody nepřekračuje přípustnou hodnotu.

Vysokofrekvenční a pulzní diody

Vysokofrekvenční diody a Fast Switching Diodes kombinují celou skupinu polovodičových diod určených pro zpracování vysokofrekvenčních signálů, např. detektorové diody, směšovací diody, modulační diody. Hlavní parametry takových diod jsou uvedeny níže.

Maximální přípustné zpětné napětí U_arr.max (U_RRM) – konstantní zpětné napětí, jehož překročení prudce snižuje životnost diody nebo vede k jejímu okamžitému poškození.

Konstantní propustné napětí U_пр (V_F) – pokles napětí na diodě při jejím průtoku stejnosměrný proud I_пр (I_F) normalizované na určité úrovni.

Konstantní zpětný proud I_arr. (I_R) – proud procházející diodou při konstantním zpětném napětí na ní; Normalizováno zpravidla při maximálním zpětném napětí U_arr.max (U_RRM).

Kapacita diody C_Д (C_T) – kapacita mezi vývody polovodičové diody při daném napětí. Když se zpětné napětí zvyšuje, kapacita diody C_Д klesá.

Doba obnovy reverzního odporu t_východní (t_rr) – časový úsek od okamžiku sepnutí do okamžiku, kdy zpětný proud klesne na danou referenční úroveň.

Varicaps

Polovodičové diody určené k použití jako kapacitní prvek, který závisí na zpětném napětí, které je na něj aplikováno, se nazývají varikapy (diody s proměnnou kapacitou). Změna kapacity varikapu při působení zpětného napětí je popsána následujícím výrazem

kde C_U – kapacita varikapu,

С – varikapová kapacita při nulovém zpětném napětí,

φ_К – rozdíl kontaktního potenciálu,

n – koeficient v závislosti na typu varikapu.

Mezi hlavní charakteristiky varicapu patří následující parametry.

Koeficient překrytí kapacity k_C (C_d(U)/C_d(U)) – poměr varikapových kapacit při dvou extrémních hodnotách zpětného napětí.

Faktor kvality varicap Q – poměr reaktance při dané frekvenci signálu ke ztrátovému odporu při dané kapacitě nebo zpětném napětí.

Varikapový zpětný proud I_arr. (I_R) – stejnosměrný proud protékající varikapem v opačném směru při daném zpětném napětí.

Maximální přípustné zpětné napětí U_arr.max (U_RRM) – konstantní zpětné napětí, jehož překročení prudce snižuje životnost diody nebo vede k jejímu okamžitému poškození.

Tunelové diody

Na rozdíl od běžných diod vedou tunelové diody proud nejen v propustném směru, ale i ve směru zpětném. Na přímé větvi proudově-napěťové charakteristiky je navíc spádový úsek. V této sekci je rozdílový odpor záporný, protože zvýšení napětí způsobí pokles proudu diodou.

Proudově-napěťová charakteristika tunelové diody.

Anomální část charakteristiky je způsobena tím, že v silně dotovaných pn strukturách dochází k tunelovému efektu. Proto se polovodičové diody s touto charakteristikou nazývají tunelové diody (Tunelová dioda). Tato vlastnost umožňuje použití tunelové diody v zesilovačích a generátorech a také v pulzních zařízeních.

Rozdílový odpor tunelové diody zůstává záporný, dokud není na diodu aplikována určitá frekvence střídavého proudu. Hodnotu této frekvence lze určit vzorcem

kde R_rozdíl – diferenciální odpor diody,

R_П – celkový odpor diody (krystal, kontakty a vodiče),

С_Д – celková kapacita diody.

Hlavní parametry tunelové diody jsou uvedeny níže.

Stejnosměrný proud v maximálním bodě charakteristiky proud-napětí I_П (I_p) – proud v místě maximální proudově-napěťové charakteristiky, při které dI/dU = 0.

Stejnosměrný proud v minimálním bodě charakteristiky proud-napětí I_В (I_v) – proud v minimálním bodě charakteristiky proud-napětí, při kterém dI/dU = 0.

Špičkové napětí U_П (U_p) – propustné napětí na diodě odpovídající špičkovému proudu.

Údolní napětí U_B (U_v) – propustné napětí na diodě odpovídající údolnímu proudu.

Napětí roztoku U_Р (U_Fp) – dopředné napětí, větší než dolní napětí, při kterém se proud rovná špičce.

Indukčnost diody L_Д (L_S) – celková sériová indukčnost diody za daných podmínek.

Kapacita tunelové diody C_Д.

Diodový diferenciální odpor R_rozdíl (R_S) – hodnota rovna poměru přírůstku napětí k přírůstku proudu.

Rezonanční frekvence tunelové diody f (F_OSC) – vypočtená frekvence, při které se celková reaktance pn přechodu a indukčnosti těla tunelové diody rovná nule.

Limitní odporová frekvence f_R (f_XO) – vypočtená frekvence, při které aktivní složka celkového odporu sériového obvodu, sestávajícího z pn přechodu a ztrátového odporu, klesne na nulu.

Šumová konstanta tunelové diody K_ш – hodnota, která určuje šumové číslo diody.

Odolnost proti ztrátě tunelové diody R_п – celkový odpor krystalu, kontaktů a vodičů.

zenerovy diody

Diody určené ke stabilizaci napětí na zátěži při změně napájecího napětí nebo odporu zátěže se nazývají zenerovy diody. Charakteristickým rysem zenerových diod je, že jejich pracovní částí je úsek charakteristiky proud-napětí v oblasti zpětných napětí.

Voltampérová charakteristika zenerovy diody.

Zenerova dioda se vyznačuje následujícími parametry.

Stabilizační napětí U_CT (V_Z) – napětí na zenerově diodě v provozním režimu (při daném stabilizačním proudu).

Minimální stabilizační proud I_Art.min (I_{Z min}) – nejnižší hodnota stabilizačního proudu, při které je průrazný režim stabilní.

Maximální přípustný stabilizační proud I_Art.max (I_{Z max}) – nejvyšší stabilizační proud, při kterém zahřívání zenerovy diody nepřekročí přípustné meze.

Diferenční odpor R_rozdíl (Z_ZT) – poměr přírůstku stabilizačního napětí k přírůstku stabilizačního proudu, který jej způsobuje. R_rozdíl = ΔU_CT/ΔI_CT.

Teorie je dobrá, ale je potřeba si to vše prakticky vyzkoušet MŮŽETE VYZKOUŠET ZDE

Když hledáme informace o elektronice, často se setkáváme s pojmy jako odpory, kondenzátory atd. Ale komponenty, které daly vzniknout konceptu mikroelektroniky, jsou polovodiče, konkrétně diody.

Diody jsou zabudovány do mnoha elektronických zařízení, která vás obklopují doma i v kanceláři. V tomto článku vám chceme říci, co je dioda, co jsou diody a principy jejich fungování.

Co je to dioda a jak funguje

Dioda je polovodičové zařízení, které funguje jako spínač a umožňuje proudu diody protékat pouze jedním směrem. Dá se to přirovnat k ventilu, který umožňuje proudění vody z anody na katodu a nedovoluje jí proudit zpět.

Tělo diody se skládá z polovodičového materiálu, křemíku nebo germania. Tento materiál získává vodivé vlastnosti prostřednictvím procesu zvaného doping, který zahrnuje přidávání nečistot do polovodičového materiálu.

V diodě jsou dvě oblasti dopované různými nečistotami: anoda typu P a katoda typu N. Každá z nich samostatně není zajímavá, ale pokud je spojíme, vytvoříme pn přechod. Tento kontakt je dioda a vlastnosti tohoto přechodu určují směr toku proudu. Proud teče pouze z anody (typ P) ke katodě (typ N).

Pokud je dioda připojena k baterii, anoda k plus a katoda k mínus, pak v tomto případě mohou elektrony volně proudit diodou – existuje stejnosměrný proud nebo přímé předpětí. Pokud je baterie připojena obráceně, dioda zablokuje pohyb elektronů a proud nemůže téct. Tento stav se nazývá zpětný proud nebo zpětné zkreslení.

Klíčové vlastnosti

Na internetu je prezentováno více než tucet charakteristik diod, které jsou samozřejmě důležité pro řešení aplikovaných problémů, například při navrhování elektronických desek. Pro pochopení můžeme vyzdvihnout to hlavní – proudově-napěťovou charakteristiku diody (voltampérová charakteristika).

Teoreticky se jedná o lineární vztah mezi proudem v diodě a různými hodnotami napětí. Tato závislost je znázorněna grafem, kde je napětí vyneseno podél osy X a stejnosměrný proud je vyneseno podél osy Y.

Část grafu charakteristiky proud-napětí v případě stejnosměrného proudu ukazuje, že s lineárním nárůstem napětí roste i hodnota proudu. Dioda pracuje v režimu konstantního odporu.

Typy diod

Diody se dělí na dva typy – nepolovodičové a polovodičové.

Prvním vývojem diody byla elektronka nebo vakuová dioda. Byl vyroben ze dvou vodičů, z nichž jeden byl vyhříván vláknem, jako v žárovce. V otevřeném stavu se elektrony pohybují od anody ke katodě. Pokud se proud pohybuje opačným směrem, proud přestane protékat – dioda je ve vypnutém stavu.

Druhý typ je plněný plynem. Nádoba je naplněna inertním plynem nebo výpary jiných kovů. Proud prochází oxidovými anodami. V současné době se používají modely obloukového výboje.

Polovodič

Usměrňovací diody.

Převádí střídavý proud na stejnosměrný proud. Usměrňovací diody jsou nejběžnější a používají se k přeměně střídavého proudu (AC) na stejnosměrný proud (DC). Proces známý jako rovnání.

Hlavním pracovním prvkem je polovodič. Trh nabízí především diody na bázi křemíkových a germaniových krystalů. První z nich se používají častěji; jejich krystaly mají maximální zpětné napětí 1500 voltů, zatímco krystaly z germania mají maximální zpětné napětí 400 voltů. Krystaly křemíku také pracují při vyšších provozních teplotách.

Další důležitou vlastností usměrňovačů je výkon. V závislosti na výkonu se diody dělí na:

• Nízkoenergetické diody. Jsou lehké a malé velikosti. Plastové pouzdro. Usměrňovací proud nepřesahuje 0.3 A.
• Diody středního výkonu. Navrženo pro usměrnění střídavého proudu od 0.3 do 10 A. Kovové tělo.
• Vysoce výkonné diody nebo výkonové usměrňovače. Navrženo pro proudy větší než 10 A. Tělo je vyrobeno z kovokeramiky nebo kov-skla.
• Usměrňovací diody se používají v napájecích zdrojích, násobičích napětí a střídavých usměrňovačích.

Pulzní diody

Tento typ pracuje ve vysokofrekvenčních pulzních obvodech. Ve svém jádru se pulzní diody neliší od „usměrňovače“, když se objeví propustné napětí a dobře vedou elektrický proud. Ale když se změní polarita napětí, dioda se zavře. Doba odezvy pulzní diody je až 4 ns, což je méně než u „usměrňovače“. Toho je dosaženo díky speciální konstrukci pouzdra – zmenšené ploše přechodu pn.

Hlavní aplikace pulzní diody:

• Přeměna energie: Převádí stejnosměrný proud na střídavý proud nebo pulzní signály. Obzvláště běžné při práci s jinými prvky, jako jsou solární panely.
• Blokátor zpětného proudu: Zabraňuje vstupu zpětného proudu do jiných částí systému. To vám umožní zajistit nepřetržitý provoz elektronických zařízení.
• Usměrnění elektrického signálu: Tento převod se používá pro přenos dat a další zařízení.

Tunelové diody

Diody tohoto typu se liší od diod jiných typů tím, že vedou proud v obou směrech. Tato vlastnost je zajištěna úzkým pn přechodem a větším množstvím přísad.

Lavinové diody

Tento typ diody je schopen odolat vysokému napětí. Jeho princip fungování je založen na fenoménu lavinového rozpadu. S prudkým nárůstem elektrického pole se objeví lavinový počet elektronů a „děr“. To umožňuje diodě přenášet značný výkon bez přepětí nebo poškození.

Tento typ diod se používá v ochranných obvodech, telekomunikačních systémech a výrobě energie.

Schottkyho diody

Schottkyho dioda je polovodičový prvek používaný v elektronických obvodech, který se vyznačuje nízkým úbytkem napětí, rychlým spínáním a schopností odolávat vysokým teplotám.

Tento typ diody má přechod kov-polovodič typu n. Tato konfigurace jim poskytuje následující výhody:

• Nízký pokles napětí. Tento typ diod má nižší úbytek napětí než ostatní diody. Díky tomu jsou energeticky účinnější.
• Rychlost přepínání. Schottkyho diody spínají rychleji. To je nezbytné ve vysokofrekvenčních systémech.
• Vysoké teploty. Schottkyho diody mají vysokou odolnost diody vůči teplu. To jim umožňuje pracovat v podmínkách teplotních změn.
• Diody se používají ve vysokofrekvenčních usměrňovacích obvodech, pro přepěťovou ochranu, ve spínaných zdrojích a další.

LED diody

LED diody vyzařují světlo, když jimi prochází elektrický proud. Jeho konstrukce poskytuje dva vodiče. Při průchodu proudu dochází k PN interakci mezi polovodiči, když elektrony procházejí do recipientu s uvolňováním fotonů.

Chcete-li získat záření určité barvy, musíte:

• Fosforový povlak. Používá se fosforové činidlo. Často se používá k výrobě bílé.
• Aplikace nečistot. Ke změně vlnové délky světelného záření se používají přísady. Barva se mění s vlnovou délkou.
• Technologie RGB. Krystal využívá tři LED diody: červenou, zelenou a modrou. Barva se mění v závislosti na intenzitě každého z nich.
• LED diody na bázi vláken. Diody tohoto typu jsou vyrobeny z polyethylentereftalátových vláken, upravených speciálním roztokem. Dále se nit suší při teplotě 140 stupňů.
• V současné době jsou LED široce používány. Všechny druhy světelné reklamy v ulicích našich měst, interiérový design, nábytek, městské osvětlení atd.

Fotodiody

Fotodiody jsou polovodiče, které jsou fotosenzitivní. Hlavní funkcí aplikace je přeměna světla na elektřinu.

Činnost fotodiody je založena na vnitřním fotoelektrickém jevu, kdy při vstupu světla dochází k nerovnováze elektronů a „děr“. Tvoří tok proudu. Pokud je fotodioda ve tmě, pak její charakteristiky jsou podobné jako u běžné diody.

Fotodiody se používají v optoelektronice a víceprvkových fotodetektorech. Také našel uplatnění v laserových dálkoměrech, vláknové optice a dalších oblastech.

zenerovy diody

Zenerova dioda (Zenerova dioda) se používá ke stabilizaci napětí a ochraně proti přepětí. Když je napětí zapnuto, zenerova dioda funguje stejně jako běžná dioda. Má to ale zvláštnost – proud neteče, dokud napětí nedosáhne předem stanovené hodnoty. Jakmile je hodnota dosažena, dojde k průrazu a protéká proud.

Zenerovy diody jsou široce používány v elektrotechnice. S jejich pomocí jsou nízkoenergetické systémy napájeny z výkonnějších systémů a také ke stabilizaci elektrických obvodů.

Tyristory

Tyristory jsou typem diody, které umožňují tok proudu pouze v jednom směru. Vyznačují se dvěma stabilními stavy: otevřený (vysoká vodivost) a uzavřený (nízká vodivost).

Funkcí tyristoru je elektrický spínač, jehož hlavním rysem je, že nemůže samostatně měnit svůj stav.

Tyristory se používají v napájecích zdrojích, v generátorech, pro jednoduchá signalizační zařízení reagující na světlo.

Varicaps

Varicap (“varactor”) – změna kapacity v závislosti na zpětném napětí. Používají se ke změně frekvence generátorů, v systémech automatického řízení frekvence různých rádiových přijímacích zařízení a dalších.

Diodové můstky

Diodový můstek je zařízení, které usměrňuje elektrický proud a převádí střídavý proud na stejnosměrný proud. Most se skládá ze dvou desek, na kterých jsou umístěny diody.

Mostem prochází střídavý proud v jednom směru;

Diodový můstek se používá v následujících oblastech: napájecí zdroje v osobních počítačích, digitální technice, automobilových generátorech napájených nízkým stejnosměrným napětím, ve zvukových systémech, měřicích zařízeních, televizním a rozhlasovém vysílání.

• Krasnodar, GMR, st. Labor Glory 15 až 1 000 kg.
• + 7 (918) 129 70 18

• Krasnodar, CMR, st. Oktyabrskaya 161 až 1 000 kg.
• + 7 (988) 666 33 32

• [email protected]