Diod semikonduktor digunakan secara meluas dalam elektronik dan industri elektronik. Ia digunakan secara bebas dan sebagai p-n-simpang transistor dan banyak peranti lain. Sebagai komponen diskret, diod adalah bahagian penting dalam banyak litar elektronik. Mereka menemui banyak aplikasi daripada aplikasi kuasa rendah hingga penerus.
Apakah itu diod?
Diterjemah daripada bahasa Yunani, nama unsur elektronik ini secara literal bermaksud "dua terminal". Mereka dipanggil anod dan katod. Dalam litar, arus mengalir dari anod ke katod. Diod semikonduktor ialah elemen satu sisi dan aliran arus dalam arah bertentangan disekat.
Prinsip operasi
Peranti diod semikonduktor sangat berbeza. Inilah sebabnya terdapat banyak jenis mereka, yang berbeza dari segi nilai muka dan dalam fungsi yang mereka lakukan. Walau bagaimanapun, dalam kebanyakan kes prinsip asasoperasi diod semikonduktor adalah sama. Ia mengandungi persimpangan p-n, yang menyediakan kefungsian asasnya.
Istilah ini biasanya digunakan merujuk kepada bentuk standard diod. Malah, ia terpakai kepada hampir semua jenis mereka. Diod membentuk tulang belakang industri elektronik moden. Segala-galanya - daripada elemen mudah dan transistor kepada mikropemproses moden - berasaskan semikonduktor. Prinsip operasi diod semikonduktor adalah berdasarkan sifat semikonduktor. Teknologi ini berdasarkan sekumpulan bahan, pengenalan bendasing ke dalam kekisi kristal yang memungkinkan untuk mendapatkan kawasan di mana lubang dan elektron adalah pembawa cas.
P-n-junction
Diod jenis p-n mendapat namanya kerana ia menggunakan simpang p-n yang membenarkan arus mengalir dalam satu arah sahaja. Unsur tersebut mempunyai sifat lain yang juga digunakan secara meluas. Diod semikonduktor, contohnya, boleh memancarkan dan mengesan cahaya, menukar kapasiti dan mengawal voltan.
P-n-junction ialah struktur semikonduktor asas. Seperti namanya, ia adalah persimpangan antara kawasan jenis p dan n. Peralihan membenarkan pembawa cas bergerak dalam satu arah sahaja, yang, sebagai contoh, membolehkan anda menukar arus ulang alik kepada arus terus.
Diod standard biasanya diperbuat daripada silikon, walaupun germanium dan bahan semikonduktor lain turut digunakan, terutamanya untuk tujuan khas.
Volt-ciri ampere
Diod dicirikan oleh lengkung voltan arus, yang boleh dibahagikan kepada 2 cabang: ke hadapan dan ke belakang. Dalam arah yang bertentangan, arus bocor adalah hampir 0, tetapi dengan peningkatan voltan ia perlahan-lahan meningkat dan, apabila voltan pecahan dicapai, ia mula meningkat dengan mendadak. Dalam arah hadapan, arus meningkat dengan cepat dengan voltan yang dikenakan melebihi ambang pengaliran, iaitu 0.7 V untuk diod silikon dan 0.4 V untuk germanium. Sel yang menggunakan bahan berbeza mempunyai ciri volt-ampere yang berbeza dan ambang pengaliran serta voltan pecahan.
Diod p-n-junction boleh dianggap sebagai peranti tahap asas. Ia digunakan secara meluas dalam banyak aplikasi daripada litar isyarat dan pengesan kepada pengehad atau penekan sementara dalam gegelung aruhan atau geganti dan penerus kuasa tinggi.
Ciri dan parameter
Spesifikasi diod menyediakan banyak data. Walau bagaimanapun, penjelasan tepat tentang perkara itu tidak selalu tersedia. Di bawah ialah butiran pelbagai ciri dan parameter diod, yang diberikan dalam spesifikasi.
Bahan semikonduktor
Bahan yang digunakan dalam simpang p-n adalah amat penting kerana ia mempengaruhi banyak ciri asas diod semikonduktor. Silikon adalah yang paling banyak digunakan kerana kecekapannya yang tinggi dan kos pengeluaran yang rendah. Satu lagi yang kerap digunakanunsurnya ialah germanium. Bahan lain biasanya digunakan dalam diod tujuan khas. Pemilihan bahan semikonduktor adalah penting kerana ia menentukan ambang pengaliran - kira-kira 0.6 V untuk silikon dan 0.3 V untuk germanium.
Penurunan voltan dalam mod arus terus (U pr.)
Sebarang litar elektrik yang melalui arus menyebabkan kejatuhan voltan, dan parameter diod semikonduktor ini sangat penting, terutamanya untuk pembetulan, apabila kehilangan kuasa adalah berkadar dengan U ave. Selain itu, komponen elektronik selalunya perlu memberikan penurunan voltan yang kecil, kerana isyarat mungkin lemah, tetapi mereka masih perlu mengatasinya.
Ini berlaku atas dua sebab. Yang pertama terletak pada sifat persimpangan p-n dan merupakan hasil daripada voltan ambang pengaliran yang membolehkan arus melintasi lapisan susutan. Komponen kedua ialah kehilangan rintangan biasa.
Penunjuk adalah sangat penting untuk diod penerus, yang boleh membawa arus besar.
Voltan terbalik puncak (U arr. maks)
Ini ialah voltan terbalik tertinggi yang boleh ditahan oleh diod semikonduktor. Ia tidak boleh dilebihi, jika tidak elemen itu mungkin gagal. Ia bukan hanya voltan RMS isyarat input. Setiap litar mesti dipertimbangkan pada meritnya, tetapi untuk penerus separuh gelombang tunggal yang mudah dengan kapasitor melicinkan, ingat bahawa kapasitor akan memegang voltan yang sama dengan puncak inputisyarat. Diod kemudiannya akan tertakluk kepada puncak isyarat masuk dalam arah songsang, dan oleh itu di bawah keadaan ini akan terdapat voltan songsang maksimum yang sama dengan nilai puncak gelombang.
Arus hadapan maksimum (U pr. max)
Apabila mereka bentuk litar elektrik, pastikan paras arus diod maksimum tidak melebihi. Apabila arus meningkat, haba tambahan dijana, yang mesti dikeluarkan.
Arus bocor (I arr.)
Dalam diod yang ideal, seharusnya tidak ada arus balikan. Tetapi dalam simpang p-n sebenar, ia disebabkan oleh kehadiran pembawa cas minoriti dalam semikonduktor. Jumlah arus bocor bergantung kepada tiga faktor. Jelas sekali, yang paling ketara ialah voltan terbalik. Juga, arus kebocoran bergantung pada suhu - dengan pertumbuhannya, ia meningkat dengan ketara. Di samping itu, ia sangat bergantung kepada jenis bahan semikonduktor. Dalam hal ini, silikon jauh lebih baik daripada germanium.
Arus bocor ditentukan pada voltan terbalik dan suhu tertentu. Ia biasanya dinyatakan dalam mikroamp (ΜA) atau picoamp (pA).
Kapasitans peralihan
Semua diod semikonduktor mempunyai kapasitansi simpang. Zon penyusutan ialah penghalang dielektrik antara dua plat yang terbentuk di pinggir kawasan penyusutan dan rantau dengan pembawa cas majoriti. Nilai kapasitans sebenar bergantung pada voltan terbalik, yang membawa kepada perubahan dalam zon peralihan. Peningkatannya meluaskan zon penyusutan dan, akibatnya,mengurangkan kapasiti. Fakta ini dieksploitasi dalam varactor atau varicaps, tetapi untuk aplikasi lain, terutamanya aplikasi RF, kesan ini mesti diminimumkan. Parameter biasanya dinyatakan dalam pF pada voltan tertentu. Diod rintangan rendah khas tersedia untuk banyak aplikasi RF.
Jenis Kes
Bergantung kepada tujuan, diod semikonduktor dihasilkan dalam pakej pelbagai jenis dan bentuk. Dalam sesetengah kes, terutamanya apabila digunakan dalam litar pemprosesan isyarat, pakej adalah elemen utama dalam menentukan ciri keseluruhan elemen elektronik tersebut. Dalam litar kuasa di mana pelesapan haba adalah penting, pakej boleh menentukan banyak parameter am diod. Peranti kuasa tinggi perlu boleh disambungkan pada heatsink. Item yang lebih kecil boleh dihasilkan dalam bekas plumbum atau sebagai peranti pelekap permukaan.
Jenis diod
Kadang-kadang adalah berguna untuk membiasakan diri dengan klasifikasi diod semikonduktor. Walau bagaimanapun, sesetengah item mungkin tergolong dalam beberapa kategori.
Diod terbalik. Walaupun ia tidak digunakan secara meluas, ia adalah sejenis elemen jenis p-n, yang dalam tindakannya sangat mirip dengan terowong. Mempunyai kejatuhan voltan pada keadaan yang rendah. Cari penggunaan dalam pengesan, penerus dan suis frekuensi tinggi.
Diod transit suntikan. Ia mempunyai banyak persamaan dengan runtuhan salji yang lebih biasa. Digunakan dalam penjana gelombang mikro dan sistem penggera.
Diod Gunn. Ia tidak tergolong dalam jenis p-n, tetapi merupakan peranti semikonduktor dengan dua terminal. Ia biasanya digunakan untuk menjana dan menukar isyarat gelombang mikro dalam julat 1-100 GHz.
Pemancar cahaya atau LED ialah salah satu jenis komponen elektronik yang paling popular. Dalam pincang ke hadapan, arus yang mengalir melalui simpang menyebabkan cahaya dipancarkan. Mereka menggunakan semikonduktor kompaun (cth. gallium arsenide, gallium phosphide, indium phosphide) dan boleh bercahaya dalam pelbagai warna, walaupun mereka pada asalnya terhad kepada merah sahaja. Terdapat banyak perkembangan baharu yang mengubah cara paparan berfungsi dan dihasilkan, OLED sebagai contoh.
Fotodiod. Digunakan untuk mengesan cahaya. Apabila foton mencecah simpang p-n, ia boleh mencipta elektron dan lubang. Fotodiod biasanya beroperasi di bawah keadaan pincang songsang, di mana walaupun arus kecil yang dihasilkan oleh cahaya boleh dikesan dengan mudah. Fotodiod boleh digunakan untuk menjana elektrik. Kadangkala elemen jenis pin digunakan sebagai pengesan foto.
Pin-diod. Nama unsur elektronik dengan baik menerangkan peranti diod semikonduktor. Ia mempunyai kawasan jenis p dan n standard, tetapi terdapat kawasan dalaman tanpa kekotoran di antara mereka. Ia mempunyai kesan meningkatkan kawasan kawasan penyusutan, yang boleh berguna untuk pensuisan, serta dalam fotodiod, dsb.
Simpang p-n standard boleh dianggap sebagai perkara biasaatau jenis standard diod yang digunakan pada masa kini. Ia boleh digunakan dalam RF atau aplikasi voltan rendah lain, serta penerus voltan tinggi dan kuasa tinggi.
Diod Schottky. Mereka mempunyai penurunan voltan hadapan yang lebih rendah daripada semikonduktor silikon jenis p-n standard. Pada arus rendah, ia boleh dari 0.15 hingga 0.4 V, dan bukan 0.6 V, seperti diod silikon. Untuk melakukan ini, mereka tidak dibuat seperti biasa - mereka menggunakan kenalan logam-semikonduktor. Ia digunakan secara meluas sebagai pengehad, penerus dan dalam peralatan radio.
Diod dengan pengumpulan cas. Ia adalah sejenis diod gelombang mikro yang digunakan untuk menjana dan membentuk denyutan pada frekuensi yang sangat tinggi. Pengendaliannya adalah berdasarkan ciri tersandung yang sangat pantas.
Diod laser. Ia berbeza daripada pemancar cahaya biasa kerana ia menghasilkan cahaya koheren. Diod laser digunakan dalam banyak peranti, daripada pemacu DVD dan CD kepada penunjuk laser. Ia jauh lebih murah daripada bentuk laser lain, tetapi jauh lebih mahal daripada LED. Mereka mempunyai hayat perkhidmatan yang terhad.
Diod terowong. Walaupun ia tidak digunakan secara meluas hari ini, ia sebelum ini digunakan dalam penguat, pengayun dan peranti pensuisan, litar pemasaan osiloskop, apabila ia lebih cekap daripada elemen lain.
Varactor atau varicap. Digunakan dalam banyak peranti RF. Untuk diod ini, pincang songsang mengubah lebar lapisan penyusutan bergantung pada voltan yang digunakan. Dalam konfigurasi ini iabertindak sebagai kapasitor dengan kawasan penyusutan bertindak sebagai dielektrik penebat dan plat yang dibentuk oleh kawasan konduktif. Digunakan dalam pengayun terkawal voltan dan penapis RF.
Diod Zener. Ia adalah jenis diod yang sangat berguna kerana ia menyediakan voltan rujukan yang stabil. Disebabkan ini, diod zener digunakan dalam kuantiti yang banyak. Ia berfungsi dalam keadaan pincang songsang dan menembusi apabila perbezaan potensi tertentu dicapai. Jika arus dihadkan oleh perintang, maka ini memberikan voltan yang stabil. Digunakan secara meluas untuk menstabilkan bekalan kuasa. Terdapat 2 jenis pecahan terbalik dalam diod zener: Penguraian Zener dan pengionan hentaman.
Oleh itu, pelbagai jenis diod semikonduktor termasuk elemen untuk aplikasi kuasa rendah dan kuasa tinggi, memancarkan dan mengesan cahaya, dengan penurunan voltan ke hadapan rendah dan kapasiti berubah-ubah. Selain itu, terdapat beberapa jenis yang digunakan dalam teknologi gelombang mikro.
