Halvlederdioder er meget udbredt i elektronik og elektronikindustrien. De bruges både uafhængigt og som et p-n-kryds mellem transistorer og mange andre enheder. Som en diskret komponent er dioder en vigtig del af mange elektroniske kredsløb. De finder mange applikationer lige fra laveffektapplikationer til ensrettere.
Hvad er en diode?
Oversat fra græsk betyder navnet på dette elektroniske element bogstaveligt t alt "to terminaler". De kaldes anode og katode. I et kredsløb løber der strøm fra anoden til katoden. Halvlederdioden er et ensidet element, og strømmen i den modsatte retning er blokeret.
Driftsprincip
Enheden af halvlederdioder er meget anderledes. Dette er grunden til, at der er mange typer af dem, som adskiller sig både i pålydende værdi og i de funktioner, de udfører. Men i de fleste tilfælde det grundlæggende principdriften af halvlederdioder er den samme. De indeholder et p-n-kryds, som giver deres grundlæggende funktionalitet.
Dette udtryk bruges norm alt i forbindelse med standardformen af en diode. Faktisk gælder det for næsten alle typer af dem. Dioder udgør rygraden i den moderne elektronikindustri. Alt - fra simple elementer og transistorer til moderne mikroprocessorer - er baseret på halvledere. Funktionsprincippet for en halvlederdiode er baseret på egenskaberne af halvledere. Teknologien er baseret på en gruppe materialer, hvis indføring af urenheder i krystalgitteret gør det muligt at opnå områder, hvor huller og elektroner er ladningsbærere.
P-n-junction
Dioden af p-n-typen har fået sit navn, fordi den bruger en p-n-forbindelse, der tillader strømmen at flyde i kun én retning. Elementet har andre egenskaber, som også er meget brugt. Halvlederdioder kan for eksempel udsende og detektere lys, ændre kapacitans og regulere spændingen.
P-n-junction er en grundlæggende halvlederstruktur. Som navnet antyder, er det et kryds mellem p- og n-type områder. Overgangen tillader ladebærere kun at bevæge sig i én retning, hvilket f.eks. gør det muligt at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm.
Standarddioder er norm alt lavet af silicium, selvom germanium og andre halvledermaterialer også bruges, hovedsageligt til specielle formål.
Volt-ampere karakteristik
Dioden er kendetegnet ved en strøm-spændingskurve, som kan opdeles i 2 grene: frem og tilbage. I modsat retning er lækstrømmen tæt på 0, men med stigende spænding stiger den langsomt, og når gennembrudsspændingen er nået, begynder den at stige kraftigt. I fremadgående retning stiger strømmen hurtigt med påført spænding over ledningstærsklen, som er 0,7 V for siliciumdioder og 0,4 V for germanium. Celler, der bruger forskellige materialer, har forskellige volt-ampere-karakteristika og ledningstærskel- og gennembrudsspændinger.
P-n-junction-dioden kan betragtes som en enhed på basisniveau. Det er meget udbredt i mange applikationer lige fra signalkredsløb og detektorer til begrænsere eller transientundertrykkere i induktions- eller relæspoler og højeffektensrettere.
Funktioner og parametre
Diodespecifikationer giver en masse data. Men præcise forklaringer på, hvad de er, er ikke altid tilgængelige. Nedenfor er detaljerne om de forskellige karakteristika og parametre for dioden, som er angivet i specifikationerne.
halvledermateriale
Materialet, der bruges i p-n-forbindelser, er af afgørende betydning, fordi det påvirker mange af de grundlæggende egenskaber ved halvlederdioder. Silicium er det mest udbredte på grund af dets høje effektivitet og lave produktionsomkostninger. En anden ofte brugtgrundstoffet er germanium. Andre materialer bruges typisk i specialdioder. Valget af halvledermateriale er vigtigt, fordi det bestemmer tærsklen for ledning - omkring 0,6 V for silicium og 0,3 V for germanium.
Spændingsfald i jævnstrømstilstand (U pr.)
Ethvert elektrisk kredsløb, hvorigennem strøm passerer, forårsager et spændingsfald, og denne parameter for en halvlederdiode er af stor betydning, især for ensretning, når strømtab er proportionale med U ave. Derudover skal elektroniske komponenter ofte give et lille spændingsfald, fordi signalerne kan være svage, men de skal stadig overvinde det.
Dette sker af to årsager. Den første ligger i selve p-n-forbindelsens natur og er resultatet af en ledningstærskelspænding, der tillader strøm at krydse udtømningslaget. Den anden komponent er det normale resistive tab.
Indikatoren er af stor betydning for ensretterdioder, som kan bære store strømme.
Pop omvendt spænding (U arr. maks.)
Dette er den højeste omvendte spænding, som en halvlederdiode kan modstå. Den må ikke overskrides, ellers kan elementet svigte. Det er ikke kun RMS-spændingen af indgangssignalet. Hvert kredsløb skal betragtes på dets fordele, men for en simpel enkelt halvbølge ensretter med en udjævningskondensator, husk, at kondensatoren vil holde en spænding svarende til toppen af inputtetsignal. Dioden vil så blive udsat for toppen af det indkommende signal i modsat retning, og derfor vil der under disse forhold være en maksimal omvendt spænding svarende til spidsværdien af bølgen.
Maksimal fremadgående strøm (U pr. maks.)
Når du designer et elektrisk kredsløb, skal du sørge for, at de maksimale diodestrømniveauer ikke overskrides. Efterhånden som strømmen stiger, genereres der yderligere varme, som skal fjernes.
Lækstrøm (I arr.)
I en ideel diode bør der ikke være nogen omvendt strøm. Men i rigtige p-n-kryds skyldes det tilstedeværelsen af minoritetsladningsbærere i halvlederen. Mængden af lækstrøm afhænger af tre faktorer. Den mest betydningsfulde af disse er naturligvis den omvendte spænding. Lækstrømmen afhænger også af temperaturen - med dens vækst stiger den betydeligt. Derudover er det meget afhængigt af typen af halvledermateriale. I denne henseende er silicium meget bedre end germanium.
Lækstrøm bestemmes ved en bestemt omvendt spænding og en bestemt temperatur. Det er norm alt angivet i mikroampere (ΜA) eller picoamps (pA).
Overgangskapacitans
Alle halvlederdioder har junction kapacitans. Udtømningszonen er en dielektrisk barriere mellem to plader, der dannes ved kanten af udtømningsområdet og området med de fleste ladningsbærere. Den faktiske kapacitansværdi afhænger af omvendt spænding, hvilket fører til en ændring i overgangszonen. Dens stigning udvider udtømningszonen og følgelig,reducerer kapaciteten. Denne kendsgerning udnyttes i varactors eller varicaps, men til andre applikationer, især RF-applikationer, skal denne effekt minimeres. Parameteren er norm alt angivet i pF ved en given spænding. Specielle lavmodstandsdioder er tilgængelige til mange RF-applikationer.
Sagstype
Afhængigt af formålet produceres halvlederdioder i pakker af forskellige typer og former. I nogle tilfælde, især når det bruges i signalbehandlingskredsløb, er pakken et nøgleelement til at bestemme de overordnede karakteristika af det elektroniske element. I strømkredsløb, hvor varmeafledning er vigtig, kan pakken bestemme mange af de generelle parametre for en diode. Enheder med høj effekt skal kunne tilsluttes en køleplade. Mindre genstande kan fremstilles i blyetui eller som overflademonteringsenheder.
Diodertyper
Nogle gange er det nyttigt at sætte sig ind i klassificeringen af halvlederdioder. Nogle varer kan dog tilhøre flere kategorier.
Omvendt diode. Selvom det ikke er så udbredt, er det en type p-n-type element, som i sin handling minder meget om tunnelen. Har lavt on-state spændingsfald. Finder brug i detektorer, ensrettere og højfrekvenskontakter.
Injection transit diode. Den har meget til fælles med den mere almindelige lavineflyvning. Anvendes i mikrobølgegeneratorer og alarmsystemer.
Diode Gunn. Den hører ikke til p-n-typen, men er en halvlederenhed med to terminaler. Det bruges almindeligvis til at generere og konvertere mikrobølgesignaler i intervallet 1-100 GHz.
Lysemitterende eller LED er en af de mest populære typer elektroniske komponenter. Ved fremadgående forspænding forårsager strømmen, der flyder gennem krydset, lys til at blive udsendt. De bruger sammensatte halvledere (fx galliumarsenid, galliumphosphid, indiumphosphid) og kan lyse i en række forskellige farver, selvom de oprindeligt kun var begrænset til rødt. Der er mange nye udviklinger, der ændrer den måde, skærme fungerer og produceres på. OLED er et eksempel.
Fotodiode. Bruges til at detektere lys. Når en foton rammer et p-n kryds, kan det skabe elektroner og huller. Fotodioder fungerer typisk under omvendte bias-forhold, hvor selv små strømme genereret af lys let kan detekteres. Fotodioder kan bruges til at generere elektricitet. Nogle gange bruges stift-type elementer som fotodetektorer.
Pin-diode. Navnet på det elektroniske element beskriver godt enheden af en halvlederdiode. Det har standardområder af p- og n-type, men der er et indre område uden urenheder mellem dem. Det har den effekt, at det øger arealet af udtømningsområdet, hvilket kan være nyttigt til at skifte, såvel som i fotodioder osv.
Standard p-n-kryds kan betragtes som en normaleller den standardtype diode, der er i brug i dag. De kan bruges i RF eller andre lavspændingsapplikationer, såvel som højspændings- og højeffektensrettere.
Schottky-dioder. De har et lavere fremadgående spændingsfald end standard p-n-type siliciumhalvledere. Ved lave strømme kan det være fra 0,15 til 0,4 V, og ikke 0,6 V, som med siliciumdioder. For at gøre dette er de ikke lavet som norm alt - de bruger en metal-halvlederkontakt. De er meget brugt som begrænsere, ensrettere og i radioudstyr.
Diode med ladningsakkumulering. Det er en type mikrobølgediode, der bruges til at generere og forme impulser ved meget høje frekvenser. Dens drift er baseret på en meget hurtig udløsningskarakteristik.
Laserdiode. Det adskiller sig fra almindeligt lys, da det producerer sammenhængende lys. Laserdioder bruges i mange enheder, fra DVD- og CD-drev til laserpointere. De er meget billigere end andre former for lasere, men væsentligt dyrere end LED'er. De har en begrænset levetid.
Tunneldiode. Selvom det ikke er meget udbredt i dag, blev det tidligere brugt i forstærkere, oscillatorer og switching-enheder, oscilloskop-timingkredsløb, da det var mere effektivt end andre elementer.
Varactor eller varicap. Anvendes i mange RF-enheder. For denne diode ændrer omvendt bias bredden af udtømningslaget afhængigt af den påførte spænding. I denne konfiguration er detfungerer som en kondensator med et udtømningsområde, der fungerer som et isolerende dielektrikum og plader dannet af de ledende områder. Anvendes i spændingsstyrede oscillatorer og RF-filtre.
Zener-diode. Det er en meget nyttig type diode, da den giver en stabil referencespænding. På grund af dette bruges zenerdioden i enorme mængder. Det virker under omvendte bias-forhold og bryder igennem, når en vis potentialforskel er nået. Hvis strømmen er begrænset af en modstand, giver dette en stabil spænding. Udbredt til at stabilisere strømforsyninger. Der er 2 typer omvendt nedbrydning i zenerdioder: Zener-nedbrydning og stødionisering.
Forskellige typer halvlederdioder inkluderer således elementer til lav- og højeffektapplikationer, der udsender og detekterer lys med lavt fremadgående spændingsfald og variabel kapacitans. Ud over dette er der en række varianter, der bruges i mikrobølgeteknologi.
