Was ist eine Diode: Das Gerät und das Funktionsprinzip verschiedener Typen arbeiten in Stromkreisen

Diode Ist ein Element mit unterschiedlicher Leitfähigkeit. Diese Eigenschaft wird in verschiedenen elektrischen und elektronischen Schaltungen genutzt. Auf seiner Basis werden Geräte erstellt, die in verschiedenen Bereichen Anwendung finden.

Diodentypen: Vakuum und Halbleiter. Der letztere Typ wird derzeit in der überwiegenden Mehrheit der Fälle verwendet. Es wird nie überflüssig sein zu wissen, wie eine Diode funktioniert, wofür sie benötigt wird, wie sie im Diagramm angezeigt wird, welche Arten von Dioden es gibt, welche Arten von Dioden verwendet werden.

Vakuumdioden

Geräte dieser Art werden in Form von elektronischen Röhren hergestellt. Die Lampe sieht aus wie ein Glasballon mit zwei Elektroden im Inneren. Das eine ist die Anode, das andere die Kathode. Sie befinden sich in einem Vakuum. Konstruktiv ist die Anode in Form eines dünnwandigen Zylinders ausgeführt. Die Kathode befindet sich im Inneren. Es hat normalerweise eine zylindrische Form. In die Kathode wird ein isolierter Glühfaden gelegt. Alle Elemente haben Leitungen, die mit den Stiften (Beinen) der Lampe verbunden sind. Die Lampenbeine werden herausgeholt.

Arbeitsprinzip

Wenn ein elektrischer Strom entlang einer Spirale fließt, erwärmt er sich und erwärmt die Kathode, in der er sich befindet. Von der Oberfläche der beheizten Kathode sammeln sich die Elektronen, die sie ohne zusätzliches Beschleunigungsfeld verlassen haben, in unmittelbarer Nähe derselben an. Einige von ihnen werden dann zur Kathode zurückgeführt.

Wenn eine positive Spannung an die Anode angelegt wird, strömen die von der Kathode emittierten Elektronen dorthin, wodurch ein Anodenstrom von Elektronen erzeugt wird.

Die Kathode hat eine Elektronenemissionsgrenze. Wenn diese Grenze erreicht ist, stabilisiert sich der Anodenstrom. Wenn an die Anode eine kleine negative Spannung in Bezug auf die Kathode angelegt wird, werden die Elektronen aufhören, sich zu bewegen.

Das Material der Kathode, aus dem sie besteht, weist einen hohen Emissionsgrad auf.

Volt-Ampere-Kennlinie (VAC)

Die I-V-Kennlinie von Dioden dieses Typs zeigt grafisch die Abhängigkeit des Anodenstroms von der an den Kathoden- und Anodenanschlüssen angelegten Durchlassspannung. Es besteht aus drei Abschnitten:

• Langsamer nichtlinearer Stromanstieg;
• Arbeitsteil des Merkmals;
• Anodenstromsättigungsbereich.

Der nichtlineare Abschnitt beginnt nach dem Abschaltbereich des Anodenstroms. Seine Nichtlinearität ist mit einem kleinen positiven Potential der Kathode verbunden, das von Elektronen zurückgelassen wurde, als sie durch den Glühfaden erhitzt wurde.

Der aktive Bereich definiert eine fast vertikale Linie. Sie charakterisiert die Abhängigkeit des Anodenstroms von der steigenden Spannung.

Der Sättigungsbereich ist eine Linie konstanten Anodenstroms mit steigender Spannung zwischen den Lampenelektroden. Eine Vakuumröhre in diesem Bereich kann mit einem Leiter für elektrischen Strom verglichen werden. Die Emission von der Kathode hat ihren höchsten Wert erreicht.

Halbleiterdioden

Die Eigenschaft des p-n-Übergangs, einen elektrischen Strom in eine Richtung zu leiten, hat bei der Herstellung von Vorrichtungen dieser Art Anwendung gefunden. Direkte Inklusion ist eine Zufuhr von negativem Potenzial zum n-Bereich des Übergangs in Bezug auf den p-Bereich, dessen Potenzial positiv ist. Beim Einschalten befindet sich das Gerät im geöffneten Zustand. Wenn sich die Polarität der angelegten Spannung ändert, befindet sie sich im gesperrten Zustand und der Strom fließt nicht durch sie.

Die Klassifizierung von Dioden kann nach ihrem Zweck, nach den Besonderheiten der Herstellung, nach der Art des bei ihrer Herstellung verwendeten Materials erfolgen.

Grundsätzlich werden zur Herstellung von Halbleiterbauelementen Silizium- oder Germaniumplatten verwendet, die eine n-leitende elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Sie enthalten einen Überschuss an negativ geladenen Elektronen.

Unter Verwendung unterschiedlicher Fertigungstechnologien ist es möglich, am Ausgang Punkt- oder Plattendioden zu erhalten.

Bei der Herstellung von Weichengeräten wird ein spitzer Leiter (Nadel) auf die n-Typ-Platte geschweißt. Auf seine Oberfläche wird eine gewisse Verunreinigung aufgebracht. Bei Germaniumplatten enthält die Nadel Indium, bei Siliziumplatten ist die Nadel mit Aluminium beschichtet. In beiden Fällen wird ein p-n-Übergangsbereich erzeugt. Seine Form ähnelt einer Halbkugel (Punkt).

Für planare Bauelemente wird das Diffusions- oder Fusionsverfahren verwendet. Der mit dieser Methode erhaltene Bereich der Übergänge variiert stark. Der Zweck des Produkts hängt von seinem zukünftigen Wert ab. An die Bereiche des p - n-Übergangs werden Drähte angelötet, die bei der Installation verschiedener elektrischer Schaltungen in Form von Leitungen vom Körper des fertigen Produkts verwendet werden.

In den Diagrammen sind Halbleiterdioden in Form eines gleichseitigen Dreiecks angegeben, an dessen oberer Ecke parallel zu seiner Basis eine vertikale Linie angebracht ist. Der Stift des Stabes wird Kathode genannt, und der Stift der Basis des Dreiecks ist die Anode.

Direkt wird ein solcher Einschluss genannt, bei dem der Pluspol der Stromquelle mit der Anode verbunden ist. Beim Wiedereinschalten wird das "Plus" der Quelle mit der Kathode verbunden.

Volt-Ampere-Kennlinie

Die I-V-Kennlinie bestimmt die Abhängigkeit des durch das Halbleiterelement fließenden Stroms von der Größe und Polarität der an seinen Anschlüssen anliegenden Spannung.

Im Bereich der Durchlassspannungen werden drei Bereiche unterschieden: ein kleiner Durchlassstrom und ein Durchlassarbeitsstrom durch die Diode. Der Übergang von einem Bereich in einen anderen erfolgt, wenn die Gleichspannung die Leitfähigkeitsschwelle erreicht. Dieser Wert liegt in der Größenordnung von 0,3 Volt für Germaniumdioden und 0,7 Volt für Dioden auf Siliziumbasis.

Wenn eine Sperrspannung an die Anschlüsse einer Diode angelegt wird, ist der Strom durch sie sehr gering und wird als Sperrstrom oder Leckstrom bezeichnet. Diese Abhängigkeit wird bis zu einem bestimmten Wert der Höhe der Sperrspannung beobachtet. Dies wird als Durchbruchspannung bezeichnet. Bei Überschreitung wächst der Rückstrom lawinenartig an.

Grenzwerte der Parameter

Bei Halbleiterdioden gibt es Werte für deren Parameter, die nicht überschritten werden dürfen. Diese beinhalten:

• Maximaler Vorwärtsstrom;
• Maximale Rückwärtsdurchbruchspannung;
• Maximale Verlustleistung.

Ein Halbleiterelement kann einer begrenzten Menge an Gleichstrom widerstehen. Bei Überschreitung überhitzt der pn-Übergang und fällt aus. Plane Power Devices haben den größten Spielraum für diesen Parameter. Die Größe des Durchlassstroms durch sie kann mehrere zehn Ampere erreichen.

Das Überschreiten des maximalen Wertes der Durchbruchspannung kann eine Diode mit unidirektionalen Eigenschaften in einen normalen Stromleiter verwandeln. Der Ausfall kann irreversibel sein und variiert stark je nach verwendetem Instrument.

Leistung Ist ein Wert, der direkt von Strom und Spannung abhängt, die gleichzeitig an den Klemmen der Diode anliegen. Neben der Überschreitung des maximalen Durchlassstroms führt eine Überschreitung der begrenzenden Verlustleistung zu irreversiblen Folgen. Die Diode brennt einfach durch und erfüllt ihren Zweck nicht mehr. Um eine solche Situation zu verhindern, installieren Leistungsgeräte Geräte an Radiatoren, die überschüssige Wärme an die Umgebung abführen (abführen).

Arten von Halbleiterdioden

Die Eigenschaft einer Diode, Strom in Durchlassrichtung zu leiten und in Gegenrichtung nicht zu leiten, hat in der Elektro- und Funktechnik Anwendung gefunden. Auch spezielle Diodentypen wurden entwickelt, um einen engen Aufgabenbereich zu erfüllen.

Gleichrichter und ihre Eigenschaften

Ihre Anwendung basiert auf den Gleichrichtereigenschaften dieser Geräte. Sie werden verwendet, um durch Gleichrichten eines Eingangswechselsignals eine konstante Spannung zu erhalten.

Eine einzelne Gleichrichterdiode ermöglicht an ihrem Ausgang eine pulsierende Spannung positiver Polarität. Wenn Sie eine Kombination davon verwenden, können Sie eine Wellenform der Ausgangsspannung erhalten, die einer Welle ähnelt. Bei Verwendung zusätzlicher Elemente in Gleichrichterschaltungen, wie z. B. Elektrolytkondensatoren mit hoher Kapazität und Induktivitäten mit elektromagnetischen Kernen (Drosseln) kann am Ausgang des Gerätes eine konstante Spannung erhalten werden, die an die Spannung einer galvanischen Batterie erinnert, die für den Betrieb der meisten Geräte so notwendig ist Verbraucher.

Halbleiter-Zener-Dioden

Diese Dioden haben eine I-U-Kennlinie mit hoher Flankensteilheit mit einem Sperrzweig. Das heißt, durch Anlegen einer Spannung an die Anschlüsse der Zenerdiode, deren Polarität umgekehrt ist, können Sie Begrenzungswiderstände verwenden, um in den Modus der kontrollierten Durchbruchslawinen zu gelangen. Die Spannung am Punkt des Lawinendurchbruchs hat einen konstanten Wert mit einer signifikanten Änderung des Stroms durch die Zenerdiode, dessen Wert abhängig von der in der Schaltung verwendeten Vorrichtung begrenzt ist. Auf diese Weise wird der Effekt der Stabilisierung der Ausgangsspannung auf dem gewünschten Niveau erzielt.

Technologische Operationen bei der Herstellung von Zenerdioden erreichen verschiedene Werte der Durchbruchspannung (Stabilisierungsspannung). Der Bereich dieser Spannungen beträgt (3-15) Volt. Der spezifische Wert hängt vom ausgewählten Gerät aus einer großen Familie von Zenerdioden ab.

So funktionieren die Detektoren

In Punkttechnologie hergestellte Dioden werden verwendet, um hochfrequente Signale zu detektieren. Der Detektor hat die Aufgabe, eine Hälfte des modulierten Signals zu begrenzen. Dies ermöglicht es, nachträglich mit Hilfe eines Hochpassfilters nur das modulierende Signal am Ausgang des Geräts zu belassen. Es enthält niederfrequente Audioinformationen. Dieses Verfahren wird in Funkempfängern verwendet, die ein amplitudenmoduliertes Signal empfangen.

Eigenschaften von LEDs

Diese Dioden zeichnen sich dadurch aus, dass der Kristall, wenn ein Durchlassstrom durch sie fließt, einen Strom von Photonen emittiert, die eine Lichtquelle sind. Je nach Art des in der LED verwendeten Kristalls kann das Lichtspektrum im für das menschliche Auge sichtbaren oder im unsichtbaren Bereich liegen. Unsichtbares Licht ist infrarotes oder ultraviolettes Licht.

Bei der Auswahl dieser Elemente muss man sich das zu erreichende Ziel vorstellen. Die wichtigsten Eigenschaften von LEDs sind:

• Energieverbrauch;
• Nennspannung;
• Verbrauch Strom.

Die Stromaufnahme der zur Anzeige in weit verbreiteten Geräten verwendeten LED beträgt nicht mehr als 20 mA. Bei diesem Strom ist die LED-Lumineszenz optimal. Der Beginn des Glühens beginnt bei einem Strom über 3 mA.

Die Nennspannung wird durch den variablen Innenwiderstand der Sperrschicht bestimmt. Wenn der Strom durch die LED zunimmt, nimmt der Widerstand allmählich ab. Die Spannung der Stromquelle, mit der die LED betrieben wird, darf nicht unter der im Pass dafür angegebenen Spannung liegen.

Die Leistungsaufnahme ist ein Wert, der von der Stromaufnahme und der Nennspannung abhängt. Es steigt mit einer Zunahme der Werte, die es bestimmen. Es ist zu beachten, dass leistungsstarke Leuchtdioden 2 oder sogar 4 Kristalle enthalten können.

LEDs haben unbestreitbare Vorteile gegenüber anderen Beleuchtungsgeräten. Sie lassen sich lange aufzählen. Die wichtigsten sind:

• Hohe Effizienz;
• Große Haltbarkeit;
• Hohe Sicherheit durch niedrige Versorgungsspannungen.

Der Nachteil ihres Betriebs ist die Notwendigkeit einer zusätzlichen stabilisierten Gleichstromversorgung, was die Kosten erhöht.