Светодиод на схеме: принцип работы и номинал полупроводниковых

Устройство

Электрический полупроводниковый диод или диодный вентиль — это устройство, изготовленное из полупроводниковых материалов (обычно кремния) и работающее только с односторонним потоком заряженных частиц. Основным компонентом является кристаллическая часть с pn переходом, которая соединена с двумя электрическими контактами. Вакуумные диодные лампы имеют два электрода: пластину (анод) и нагретый катод.

Фото — полупроводниковый диод

Германий и селен используются для создания полупроводниковых диодов, как и более 100 лет назад. Их структура позволяет использовать детали для улучшения электронных схем, преобразования переменного и постоянного тока в односторонние импульсы, а также для улучшения различных устройств. На схеме это выглядит так:

Фото — обозначение диода

Существует несколько типов полупроводниковых диодов, их классификация зависит от материала, принципа действия и области применения: стабилитроны, импульсные, сплавные, точечные, варикапные, лазерные и другие типы. Довольно часто используются мостовые аналоги — это планарные и поликристаллические выпрямители. Их сообщение также достигается с помощью двух контактов.

Основные преимущества полупроводникового диода:

1. Полная взаимозаменяемость;
2. Отличные рабочие параметры;
3. Доступность. Их можно приобрести в любом магазине электроснабжения или бесплатно удалить из старых схем. Цена начинается от 50 руб. В наших магазинах представлены как отечественные (КД102, КД103 и др.), Так и зарубежные бренды.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода состоит из прямой и обратной ветви. Они расположены в квадрантах I и III, так как направление тока и напряжения на диоде всегда совпадает. По характеристике текущего напряжения можно определить некоторые параметры, а также наглядно увидеть, каковы характеристики устройства.

Напряжение порога проводимости

Если подать на диод прямое напряжение и начать его увеличивать, в первый момент ничего не произойдет — ток не увеличится. Но при определенном значении диод откроется, и ток будет увеличиваться в соответствии с напряжением. Это напряжение называется пороговым напряжением проводимости и обозначается на ВАХ как Uthreshold. Это зависит от материала, из которого изготовлен диод. Для наиболее распространенных полупроводников этот параметр равен:

• кремний — 0,6-0,8 В;
• германий — 0,2-0,3 В;
• арсенид галлия — 1,5 В.

Свойство низковольтного размыкания германиевых полупроводниковых устройств используется в низковольтных приложениях и других ситуациях.

Максимальный ток через диод при прямом включении

После включения диода его ток увеличивается с увеличением прямого напряжения. Для идеального диода этот график уходит в бесконечность. На практике этот параметр ограничен способностью полупроводникового прибора рассеивать тепло. При достижении определенного предела диод перегревается и выходит из строя. Чтобы этого избежать, производители указывают максимально допустимый ток (на ВАХ). Примерно это можно определить по размеру диода и его корпуса. В порядке убывания:

• наибольший ток удерживают устройства в металлической оболочке;
• пластиковые корпуса рассчитаны на среднюю мощность;
• в слаботочных цепях используются диоды в стеклянной оболочке.

На радиаторы можно установить металлические устройства — это увеличит мощность рассеивания.

Читайте также: Последовательное и параллельное соединение проводников ℹ️ формулы расчетов напряжения, силы тока и сопротивления, схемы, примеры решения задач

Обратный ток утечки

Если на диод подать обратное напряжение, нечувствительный амперметр ничего не покажет. Фактически, только идеальный диод не пропускает ток. В реальном устройстве будет ток, но он очень мал и называется током обратной утечки (на ВАХ). Это десятки микроампер или десятые доли миллиампера и намного меньше постоянного тока. Вы можете определить это по ссылке.

Напряжение пробоя

При определенном значении обратного напряжения происходит резкое увеличение тока, называемое пробоем. Он имеет туннельный или лавинообразный характер и является обратимым. Этот режим используется для стабилизации напряжения (лавина) или для генерации импульсов (туннелирование). При дальнейшем повышении напряжения неисправность становится термической. Этот режим необратим, и диод выходит из строя.

Паразитическая ёмкость pn-перехода

уже упоминалось, что pn переход имеет электрическую емкость. И если в варикапе это свойство пригодится и используется, то в обычных диодах оно может принести вред. Хотя емкость составляет единицы или десятки пФ и невидима при постоянном токе или низких частотах, ее влияние увеличивается с увеличением частоты. Несколько пикофарад ВЧ создадут достаточно низкое сопротивление для паразитных потерь сигнала, добавят к существующей емкости и изменят параметры цепи, а вместе с индуктивностью выхода или печатного проводника образуют паразитный резонансный контур. Поэтому при изготовлении высокочастотных устройств принимаются меры по снижению емкости перехода.

Основные характеристики и параметры диодов

Что такое диод: принцип работы и устройство

Для правильной работы устройства его необходимо выбирать исходя из:

• Вольт-амперная характеристика;
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение;
• Максимально допустимое обратное импульсное напряжение;
• Максимально допустимый длительный ток;
• Максимально допустимый длительный импульсный ток;
• Номинальный длительный ток;
• Постоянное постоянное напряжение при номинальном токе;
• Постоянный обратный ток указан при максимально допустимом обратном напряжении;
• Диапазон рабочих частот;
• Емкость;
• Напряжение пробоя (для защитных диодов и стабилитронов);
• Термическое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа;
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Преимущества непосредственного включения в схему

Включение полупроводниковых устройств непосредственно в схему дает гарантированные преимущества:

1. Качественная обработка сигналов;
2. Полная взаимозаменяемость устройств;
3. Миниатюрность и продолжительность использования;
4. Удобство при установке и замене;
5. Доступность к покупке и низкие цены.

Дополнительная информация. Вы можете подобрать не только отечественный, но и зарубежный аналог полупроводникового прибора.

Назначение

Ниже представлены основные области применения диодов, на примере которых становится понятным их основное назначение:

1. Диодные мосты — это 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полумостовой. Они выполняют функции выпрямителей, этот вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение таких мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных групп позволило значительно уменьшить габариты этого устройства и повысить степень его надежности. Если подключение производится последовательно и в одном направлении, это увеличивает показатели минимального напряжения, которое потребуется для разблокировки всего диодного моста.
2. Диодные детекторы получаются путем объединения этих устройств с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы изолировать низкочастотную модуляцию от различных модулированных сигналов, включая радиосигнал с амплитудной модуляцией. Такие детекторы являются частью конструкции многих домашних потребителей, например телевизоров или радиоприемников.
3. Обеспечьте защиту потребителей от неправильной полярности при включении входов схемы от перегрузок, возникающих в результате или переключений от отказов из-за электродвижущей силы, возникающей в результате самоиндукции, возникающей при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности цепей от возникающих перегрузок используется цепь, состоящая из нескольких диодов, которые подключены к силовым шинам в обратном направлении. В этом случае вход, на котором предусмотрена защита, должен быть подключен к центру этой цепи. При нормальной работе схемы все диоды находятся в замкнутом состоянии, но если они обнаружили, что входной потенциал превысил допустимые пределы напряжения, срабатывает один из защитных элементов. Следовательно, этот допустимый потенциал ограничен допустимым напряжением питания в дополнение к падению постоянного напряжения на защитном устройстве.
4. Диодные переключатели используются для переключения высокочастотных сигналов. Управление такой системой осуществляется с помощью постоянного электрического тока, высокочастотного разделения и выдачи управляющего сигнала, который возникает благодаря индуктивностям и конденсаторам.
5. Создание искрозащитных диодов. Используются шунтирующие диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность, ограничивая напряжение в соответствующей электрической цепи. Наряду с ними используются токоограничивающие резисторы, которые необходимы для ограничения показателей прохождения электрического тока по сети и повышения степени защиты.

Использование диодов в электронике сегодня очень широко, поскольку фактически ни одно современное электронное оборудование не обходится без этих элементов.

Характеристики полупроводникового диода: детальный разбор

При самостоятельной сборке различных электроприборов не получается разобраться с азами такого изделия, как полупроводниковый диод. Это устройство применимо для работы многих устройств, которые собираются в домашних мастерских.

Но чтобы использовать такое устройство, необходимо знать некоторые его характеристики: его типы (типы) и их характеристики (например, ВАХ или вольт-амперная характеристика), принцип работы и многое другое.
Обо всем этом вы узнаете из нашей статьи.

Начнем с азов

Диод — это двухконтактное полупроводниковое электронное устройство, имеющее вольт-амперную характеристику или ВАХ. Из-за ВАХ электрический ток может течь через изделие только в одном направлении.

Это направление определяется в ситуации, когда при прямой поляризации сопротивление будет практически нулевым.

С другой стороны, нелинейная ВАХ, как особенность продукта, не позволяет току течь, так как в этом случае сопротивление будет высоким.

Устройство продукта

Изучение этих типов компонентов основано на ВАХ. Можно написать очерк свойств полупроводниковых диодов, посвященных ВАХ, различным типам изделий, а также их общему принципу действия.

В этом случае аннотация будет содержать разную информацию в каждом конкретном случае, так как изложить суть в кратком томе затруднительно.

Разобравшись, что такое диод, можно узнать основные моменты его полупроводникового типа.

Полупроводниковый диод (диодный вентиль) — это изделие, изготовленное из полупроводниковых материалов (часто кремния). Поскольку он имеет вольт-амперную характеристику, ток здесь может течь только в одном направлении.

Основной составляющей такого электрического элемента является кристаллическая часть, в которой имеется pn переход. Переход подключен к двум электрическим контактам. Сама вакуумная трубка имеет два электрода: нагретый катод и пластину (анод).
Такая конструкция, а также принцип действия позволяют использовать их для:

• доработки различных электронных схем;
• преобразование постоянного и переменного тока;
• доработки различных устройств.

Аннотация может более полно описать каждое приложение.

О важном свойстве

ВАХ полупроводникового элемента

Наиболее важным параметром в характеристике компонентов полупроводниковых диодов электрических систем является ВАХ. Как упоминалось выше, ВАХ — это вольт-амперная характеристика диода.

Эта характеристика определяет зависимость тока, проходящего через pn переход, от полярности, а также величину приложенного к нему напряжения.

Эта зависимость принимает форму кривой, показанной на следующем рисунке.

На рисунке показана ВАХ для прямого и обратного типа переключения.
Эта функция используется для создания эффективных электрических цепей для самых разных целей.

Как работает

В его принципе действия заложены свойства этого электронно-дырочного перехода. Здесь свойства перехода зависят от того, какова вольт-амперная характеристика (ее сильная асимметрия относительно нуля). Любой реферат вам подскажет. Поэтому принцип действия предусматривает два типа включения:

• непосредственный. Здесь диод имеет слабое электрическое сопротивление, и поэтому может течь электрический ток. Это демонстрируется чертежом, который объединяет извлечение профиля;

Прямое включение

• противоположный. Ток перестает течь, когда возникает ситуация, когда напряжение меньше напряжения пробоя для имеющегося сопротивления. Такой дизайн также должен содержать любые тематические аннотации.

Обратное включение

Такой принцип работы характерен практически для всех полупроводниковых диодов, за исключением Ганна.

Варианты исполнения

Стабилитрон

Сегодня полупроводниковый диод может быть представлен различными типами устройств. Их классификация основана на принципе действия, материале изготовления и т.д.
Также существует классификация по области применения. По нему различают следующие типы диодов:

• импульс;
• стабилитроны;
• точка;
• плавающий;
• лазер;
• вЕЛ;
• варикапы и другие виды.

Примечание! Такие диоды часто используются как аналог поликристаллического мостового выпрямителя.

Кроме того, существует еще одна классификация этих товаров по функциональному назначению:

• исправить. Такие диоды предназначены для выпрямления переменного тока. Здесь коэффициент выпрямления будет равен отношению постоянного и обратного токов (равного напряжения);
• высокая частота. Как правило, с ними проводятся исследования, связанные с работой сверхвысоких и высокочастотных устройств. Их часто используют для обнаружения и моделирования микроволновых колебаний. Частота может доходить до сотен мегагерц;
• варикозное расширение. Их принцип действия основан на изменении свойств емкости электронно-дырочного перехода. Емкость может изменяться в зависимости от приложенного обратного напряжения;
• туннель. Здесь усиление туннельного эффекта p-n перехода достигается за счет использования высоких концентраций различных легирующих примесей.

Эта классификация используется чаще всего.
Кроме того, типы диодов различаются по конструкции. Они могут быть:

• блюдо;
• точка;
• микролегированные.

По разделению в зависимости от мощности выделяют следующие виды:

• мощный;
• средняя мощность;
• малая мощность.

По частотному параметру эти изделия делятся на:

• высокая частота;
• низкая частота;
• СВЧ.

Разнообразие диодов

Полупроводниковые диоды имеют большое количество делений по классам, мощности, частоте и другим параметрам, что свидетельствует об их широком использовании.

Отдельный подвид

Ганн выделяется в классификации типов полупроводниковых диодов. Это связано с тем, что это устройство не имеет типичного pn перехода для всех вышеперечисленных диодов.
Диод Ганна имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. По этой причине пушку часто используют в качестве маломощного генератора в СВЧ-генерации.

Диод Ганна по своей конструкции выполнен из полупроводника N-типа, в котором электроны служат основными носителями заряда. На рисунке, показывающем структуру диода Ганна, показана активная область.

это низколегированный слой арсенида галлия. По обе стороны от активной области выращиваются специальные эпитаксиальные слои высоколегированного GaAs.

Толщина слоя около 8-10 мкм.

Следовательно, активная область заключена между двумя зонами, снабженными омическими контактами.

Это обеспечивает эффективное рассеивание тепла, что помогает избежать перегрева или повреждения выхода диода. Эта структура основана на эффекте Ганна, который используется при формировании микроволн.

Как видите, диод Ганна имеет совершенно иную структуру, чем те, к которым мы привыкли с pn переходом.

Достоинства продукции

Все варианты полупроводниковых диодов имеют следующие преимущества, которые сделали их постоянными компонентами многих электрических цепей:

• высокая урожайность;
• полная взаимозаменяемость;
• невысокая стоимость, поэтому данный вид продукции можно использовать для улучшения самых разных электрических цепей. Такая модернизация точно не ударит по кошельку;
• наличие, купить их не составит труда.

Примечание! Такие диоды можно найти в любом радиомагазине или на рынке. В этом случае можно получить как отечественную, так и зарубежную продукцию.

Маркировка

Маркировка полупроводникового диода — это аббревиатура основных параметров прибора. Например, КД196В — кремниевый диод с напряжением пробоя до 0,3В, напряжением 9,6В, модель третьей разработки.

Основываясь на этом:

1. Первая буква обозначает материал, из которого изготовлено устройство;
2. Имя устройства;
3. Число, определяющее цель;
4. Приборное напряжение;
5. Число, определяющее другие параметры (в зависимости от типа детали).

Использование

Полупроводниковый диод, двухэлектродное электронное устройство на основе полупроводникового (ПК) кристалла. Концепция «П и т.д.» Объединяет различные устройства с разными принципами работы, с разными целями. Система классификации P d. Он соответствует общей системе классификации полупроводниковых приборов. В наиболее популярном классе детекторов электрического преобразования различают выпрямительные диоды, импульсные диоды, стабилитроны и микроволновые диоды (включая видеодетекторы, смесительные, параметрические, усилители и генераторы, умножители и переключатели). Среди оптоэлектронных детекторов — фотодиоды, светодиоды и квантовые генераторы FP.

Наиболее многочисленны P d., Действие которых основано на использовании свойств электрон-дырочного перехода (pn-переход). Если к pn переходу диода (рис.1) приложить напряжение в прямом направлении (так называемое прямое смещение), то есть к его p-области приложен положительный потенциал, то потенциальный барьер, соответствующий переход уменьшается и происходит интенсивная инжекция дырок из p-области в n-область, электронов из n-области в p-область — протекает большой прямой ток (рис. 2). Если напряжение приложено в противоположном направлении (обратное смещение), потенциальный барьер повышается, и только небольшой ток неосновных носителей заряда (обратный ток) протекает через p — n-переход. На рис. 3 показана эквивалентная схема такого P d.

Работа выпрямительных (силовых) диодов основана на явной асимметрии вольт-амперной (ВАХ) характеристики. Для выпрямительных устройств и других сильноточных электрических цепей выпускаются выпрямительные устройства, имеющие допустимый выпрямленный ток Iv до 300 А и максимально допустимое обратное напряжение U * arr от 20-30 В до 1-2 кВ. ФП аналогичного применения для слаботочных цепей имеют Ib <0,1 а и называются универсальными.

При напряжениях выше U * o6p ток резко возрастает и происходит необратимый (тепловой) пробой p — n перехода, что приводит к выходу из строя ФД. Для увеличения U * arr до нескольких десятков квадратных метров используются выпрямительные полюса, в которых несколько одинаковых выпрямительных столбов соединены последовательно и установлены в обычном пластиковом корпусе. Инерционность выпрямительных диодов из-за того, что длительность инжектируемых отверстий> 10-5-10-4 сек, ограничивает частотный предел их использования (обычно в диапазоне частот 50-2000 Гц). Использование специальных технологических приемов (в основном сплава германия и кремния с золотом) позволило сократить время переключения до 10-7-10-10 с и создать быстродействующие импульсные детекторы, которые используются вместе с детекторами диодные матрицы, в основном в слаботочных сигнальных цепях компьютеров.

Как определить анод и катод диода

• на некоторых диодах катод обозначен полосой, которая отличается от цвета корпуса

• можно мультиметром проверить диод и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверьте его работоспособность. Этот способ железный ;-). О том, как проверить диод мультиметром, читайте в этой статье.

очень легко вспомнить, где анод, а где катод, если вспомнить воронку для заливки жидкости в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на диодную схему. Переливаем в воронку и жидкость очень хорошо течет вместе с нами, а если повернуть, попробуйте перелить через узкое горлышко воронки ;-).

Диод в цепи переменного тока

Кто забыл, что такое переменный ток, прочтите эту статью. Итак, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и две клеммные колодки X1 и X2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.

Запишем осциллограмму с помощью цифрового осциллографа

Генератор вырабатывает переменное синусоидальное напряжение.

синусоидальный сигнал

Что будет после диода? Вешаем на выводы X1 и X2 и видим вот такую ​​осциллограмму.

переменное напряжение после диода

Диод отрезал низ синусоиды, оставив только верх.

Что будет, если поменять выводы диода? Схема будет выглядеть так.

переменный ток после диода

Что мы получаем на клеммах X1 и X2? Посмотрим на осциллограмму.

переменный ток после диода

Ой! Диод отсекает только положительную часть синусоиды!

Принцип работы

Полупроводниковые диоды или выпрямители имеют довольно простой принцип работы. Как мы уже говорили, диод сделан из кремния, так что один конец p-типа, а другой конец n-типа. Это означает, что оба контакта имеют разные характеристики. В одном избыток электронов, а в другом — дырок. Конечно, в приборе есть участок, где все электроны заполняют определенные промежутки. Это означает, что нет никаких внешних сборов. Из-за того, что эта область обеднена носителями заряда и известна как объединяющая секция.

Несмотря на то, что сечение штуцера очень маленькое (часто его размер составляет несколько тысячных миллиметра), ток в нем нормально протекать не может. Если напряжение приложено так, что область p-типа становится положительной, а n-тип отрицательной, соответственно, отверстия переходят к отрицательному полюсу и помогают электронам проходить через соединительную секцию. Точно так же электроны движутся к положительному контакту и как бы обходят объединяющий контакт. Несмотря на то, что все частицы движутся с разными зарядами в разных направлениях, в конечном итоге они образуют односторонний ток, который помогает выпрямить сигнал и предотвратить скачки напряжения на контактах диода.

Если к полупроводниковому диоду приложить напряжение в противоположном направлении, через него не будет протекать ток. Причина в том, что дырки притягиваются к отрицательному потенциалу, который находится в области p-типа. Точно так же электроны притягиваются к положительному потенциалу, приложенному к области n-типа. Это приводит к увеличению размера связующей секции, что делает невозможным движение направленных частиц.

Фото — характеристики полупроводников

Обратное включение диода

Теперь рассмотрим еще один способ включения, при котором меняется полярность внешнего источника, от которого передается напряжение:

1. Основное отличие от прямого подключения состоит в том, что генерируемое электрическое поле будет иметь направление, полностью совпадающее с направлением внутреннего рассеивающего поля. В результате слой блока больше не будет сжиматься, а, наоборот, расширится.
2. Поле, находящееся в pn переходе, будет оказывать ускоряющее действие на ряд неосновных носителей заряда, поэтому показатели дрейфового тока останутся неизменными. Определите параметры результирующего тока, проходящего через pn переход.
3. По мере увеличения обратного напряжения электрический ток, протекающий через переход, будет стремиться к максимальной производительности. У него особое название — ток насыщения.
4. По экспоненциальному закону при постепенном повышении температуры ток насыщения также будет увеличиваться.

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, действующее на диод, делится по двум критериям:

1. Прямое напряжение — это то напряжение, при котором диод открывается и через него начинает течь прямой ток, при этом показатели сопротивления устройства крайне низкие.
2. Обратное напряжение — это напряжение обратной полярности, обеспечивающее отключение диода и прохождение через него обратного тока. При этом показатели сопротивления устройства начинают резко и значительно расти.

Сопротивление pn перехода — показатель постоянно меняющийся, в первую очередь на него влияет прямое напряжение, приложенное непосредственно к диоду. При повышении напряжения показатели сопротивления перехода уменьшатся пропорционально.

Это приводит к увеличению параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда это устройство замкнуто, на него действует практически все напряжение, по этой причине показатели обратного тока, проходящего через диод, незначительны, а сопротивление перехода при этом достигает своих пиковых параметров.

Конструкция диода

Одна из возможных моделей диодов показана ниже:

Рассмотрим одну из возможных конструкций устройства. Кристалл полупроводника 1 (например, с электронной проводимостью) помещается на металлическое основание 3. Сверху кристалла имеется примесь 2 (например, индий), которая обеспечивает проводимость отверстия. Кристалл закрыт корпусом 4 во избежание различных механических повреждений pn перехода.

Изолированный кабель состоит из поверхности индия через стеклянный изолятор 5 — это анод устройства. Катодным выводом будет металлический кожух 3, который также обеспечивает отвод тепла при работе устройства, предохраняя его от теплового пробоя и перегрева.

В свою очередь полупроводниковые элементы делятся на:

• Малая мощность — ток до 0,3 А;
• Средний — от 0,3 до 10 А;
• Мощный — от 10 А;

Недостатки реального полупроводникового диода

На практике в реальном диоде при переподключении напряжения появляется очень небольшой ток, измеряемый в микро- или наноамперах (в зависимости от модели устройства). Если напряжение слишком высокое, кристаллическая структура полупроводника в диоде может быть разрушена. В этом случае прибор начнет хорошо вести себя даже при обратном смещении. Это напряжение называется напряжением пробоя. Процесс разрушения полупроводниковой структуры непоправимый и прибор приходит в негодность.

При прямом подключении напряжение между анодом и катодом должно достигать определенного значения Vϒ, чтобы диод проводил хорошо. Для кремниевых устройств Vϒ составляет около 0,7 В, а для германиевых устройств — около 0,3 В. Подробнее об этой и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода будет рассказано в статье о ВАХ полупроводникового диода.

Вольтамперные характеристики (идеальная и реальная)

ВА характеристика задается в виде зависимости между током внешней цепи pn перехода устройства и полярностью напряжения на его электродах. Это соотношение может быть получено экспериментально или рассчитано на основе уравнения вольт-амперной характеристики.

Идеальная характеристика

Основная задача выпрямительного диода — проводить электрический ток в одном направлении и не допускать его протекания в противоположном направлении. Следовательно, при источнике постоянного напряжения (чем больше оно подается на анод и тем меньше на катод) идеальное устройство должно быть отличным проводником с нулевым сопротивлением. Однако при обратном подключении он должен иметь огромное сопротивление, становясь полным изолятором.

ВАХ идеального устройства

Дополнительная информация. На практике идеальная модель используется в цифровой электронике, потому что в этой области имеет значение только логическая функция устройства.

Реальная ВАХ

Настоящий диод из-за структуры полупроводника имеет много недостатков по сравнению с идеальным биполярным.

ВАХ реального устройства

Параметры промышленных полупроводниковых элементов существенно отличаются от тех, которые считаются идеальными по удобству. Фактически, нелинейная ВАХ показывает большие отклонения как в текущих значениях, так и в крутизне преобразования. Следовательно, устройство может выдерживать только нагрузки, представленные этими пределами:

• Максимальный постоянный выпрямленный ток;
• Обратный ток утечки;
• Максимальное прямое и обратное напряжение;
• Потенциальное падение на pn переходе;
• Предельная рабочая частота обрабатываемого сигнала.

Вольт-амперная характеристика диодных элементов — важный параметр, по которому можно определить, как устройство будет работать в электрической цепи.

Важно! Перед тем как использовать биполярный прибор по прямому назначению, необходимо изучить ВАХ этого прибора.

Виды, классификация и графическое обозначение на электрических схемах

Обычно диод на схеме обозначается стилизованной стрелкой, указывающей направление тока. Условное графическое изображение (УГО) устройства содержит два выхода — анод и катод, которые при прямом подключении подключаются соответственно к плюсу электрической цепи и к минусу.

Существует большое количество разновидностей этого двухполюсного полупроводникового прибора, которые в зависимости от назначения могут иметь несколько иное УГО.

Стабилитроны (диоды Зенера)

Стабилитрон — это полупроводниковый прибор, работающий при обратном напряжении в зоне лавинного разрыва. В этой области напряжение на стабилитроне стабильно в широком диапазоне изменений тока устройства. Это свойство используется для стабилизации напряжения на нагрузке.

Стабисторы

Стабилитроны хорошо стабилизируют напряжение от 2 В и выше. Стабилизаторы используются для получения постоянного напряжения ниже этого предела. За счет связывания материала, из которого изготовлены эти устройства (кремний, селен), достигается максимальная вертикальность прямой ветви характеристики. В этом режиме стабилизаторы работают, выдавая образцовое напряжение в диапазоне 0,5… 2 В на прямой ветви прямой вольт-амперной характеристики.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки выполнен из полупроводника и металла и не имеет обычного перехода. Благодаря этому удалось получить два важных свойства:

• уменьшенное прямое падение напряжения (около 0,2 В);
• увеличение рабочих частот за счет снижения собственной мощности.

К недостаткам можно отнести повышенные значения обратных токов и пониженный допуск уровня обратного напряжения.

Варикапы

Каждый диод имеет электрическую емкость. Пластины конденсатора представляют собой два пространственных заряда (области пера полупроводников), а блокирующий слой — диэлектрик. При приложении обратного напряжения этот слой расширяется, а емкость уменьшается. Это свойство присуще всем диодам, но для варикапов емкость нормирована и известна в указанных пределах напряжения. Это позволяет использовать такие устройства в качестве переменных конденсаторов и использовать для настройки или настройки цепей, обеспечивая обратные напряжения различных уровней.

Туннельные диоды

Эти устройства имеют прогибную характеристику на прямолинейном участке, при которой повышение напряжения вызывает уменьшение тока. В этой области дифференциальное сопротивление отрицательное. Это свойство позволяет использовать туннельные диоды в качестве усилителей и генераторов слабых сигналов на частотах выше 30 ГГц.

Динисторы

Динистор — тиристорный диод — имеет pnpn структуру и S-образную ВАХ, он не проводит ток, пока приложенное напряжение не достигнет порогового уровня. Затем он открывается и действует как обычный диод, пока ток не упадет ниже уровня удержания. Динисторы используются в силовой электронике как ключи.

Фотодиоды

Фотодиод выполнен в корпусе с доступом к кристаллу видимого света. При облучении pn перехода в нем появляется ЭДС. Это позволяет использовать фотодиод как источник тока (как часть солнечных панелей) или как датчик освещенности.

Светодиоды

Основное свойство светодиода — это способность излучать свет при прохождении тока через pn переход. Это свечение не связано с интенсивностью нагрева, как у лампы накаливания, поэтому устройство дешевое. Иногда используется прямое свечение перехода, но чаще его используют как инициатор зажигания люминофора. Это позволило получить недостижимые ранее цвета светодиодов, такие как синий и белый.

Диоды Ганна

Хотя диод Ганна имеет обычное графическое обозначение, в полном смысле это не диод. Почему отсутствует pn переход. Это устройство представляет собой пластину арсенида галлия на металлической подложке.

Не вдаваясь в сложность процессов: при приложении к устройству электрического поля определенной величины возникают электрические колебания, период которых зависит от размера полупроводниковой пластины (но в определенных пределах частота может корректироваться внешними элементами).

Диоды Ганна используются в качестве генераторов на частотах от 1 ГГц и выше. Достоинством устройства является его стабильность на высоких частотах, а недостатком — малая амплитуда электрических колебаний.

Магнитодиоды

Обычные диоды слабо подвержены влиянию внешних магнитных полей. Магнитные диоды имеют особую конструкцию, повышающую чувствительность к этому эффекту. Они сделаны с использованием технологии удлиненных штифтов. Под действием магнитного поля сопротивление устройства в прямом направлении увеличивается, что может быть использовано для создания бесконтактных переключающих элементов, преобразователей магнитного поля и т.д.

Лазерные диоды

Принцип работы лазерного диода основан на свойстве пары «электрон-дырка» во время рекомбинации, при определенных условиях, испускать монохроматическое и когерентное видимое излучение. Способы создания этих условий разные, пользователю достаточно знать длину волны, излучаемой диодом, и его мощность.

Лавинно-пролетные диоды

Эти устройства используются для микроволновых печей. При определенных условиях в режиме лавинного пробоя на характеристике диода появляется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Это свойство ATD позволяет использовать их в качестве генераторов, работающих на длинах волн вплоть до миллиметрового диапазона. Там можно получить мощность не менее 1 Вт. На более низких частотах с таких диодов снимается до нескольких киловатт.

PIN-диоды

Эти диоды изготавливаются по штыревой технологии. Между легированными полупроводниковыми слоями находится слой нелегированного материала. Из-за этого ухудшаются выпрямительные свойства диода (при обратном напряжении рекомбинация снижается из-за отсутствия прямого контакта между зонами пера). С другой стороны, из-за разделения областей пространственного заряда паразитная емкость становится очень маленькой, в замкнутом состоянии практически исключаются потери сигнала на высоких частотах, а пин-диоды можно использовать в ВЧ и УВЧ в качестве коммутационных элементы.