מהי דיודה: המכשיר ועיקרון הפעולה מסוגים שונים, עובדים במעגלים

דיודה הוא אלמנט בעל מוליכות שונה. נכס זה משמש במעגלים חשמליים ואלקטרוניים שונים. על בסיסו נוצרים מכשירים שיש להם אפליקציות בתחומים שונים.

סוגי דיודות: ואקום ומוליכים למחצה. הסוג האחרון משמש כיום ברוב המכריע של המקרים. לעולם לא יהיה מיותר לדעת כיצד דיודה פועלת, לשם מה היא נחוצה, כיצד היא מצוינת בתרשים, אילו סוגי דיודות קיימים, השימוש בסוגים שונים של דיודות.

דיודות ואקום

מכשירים מסוג זה מיוצרים בצורה של צינורות אלקטרוניים. המנורה נראית כמו בלון זכוכית עם שתי אלקטרודות בפנים. האחת היא האנודה, השנייה היא הקתודה. הם נמצאים בחלל ריק. מבחינה מבנית, האנודה עשויה בצורה של גליל דק דופן. הקתודה ממוקמת בפנים. בדרך כלל הוא בצורת גלילית. נימה מבודד מונח בתוך הקתודה. לכל האלמנטים יש מובילים המחוברים לפינים (רגליים) של המנורה. רגלי המנורה מוציאות החוצה.

עקרון הפעולה

כאשר זרם חשמלי עובר לאורך ספירלה, הוא מתחמם ומחמם את הקתודה, שבתוכה היא נמצאת. מפני השטח של הקתודה המחוממת, האלקטרונים שיצאו ממנה, ללא שדה מאיץ נוסף, מצטברים בסביבתה הקרובה. חלק מהם מוחזרים לאחר מכן בחזרה לקתודה.

instagram viewer

כאשר מתח חיובי מופעל על האנודה, האלקטרונים הנפלטים מהקתודה ממהרים אליה, ויוצרים זרם אנודה של אלקטרונים.

לקתודה יש ​​גבול לפליטת אלקטרונים. כאשר מגיעים לגבול זה, זרם האנודה מתייצב. אם מתח שלילי קטן מופעל על האנודה ביחס לקתודה, אז האלקטרונים יפסיקו לנוע.

לחומר הקתודה ממנה היא עשויה יש דרגת פליטה גבוהה.

מאפיין וולט-אמפר (VAC)

המאפיין I - V של דיודות מסוג זה מציג באופן גרפי את התלות של זרם האנודה במתח הקדמי המופעל על מסופי הקתודה והאנודה. הוא מורכב משלושה חלקים:

• עליית זרם אי-לינארית איטית;
• חלק עובד מהמאפיין;
• אזור הרוויה הנוכחי של האנודה.

הקטע הלא ליניארי מתחיל לאחר אזור הניתוק של זרם האנודה. האי-לינאריות שלו קשורה לפוטנציאל חיובי קטן של הקתודה, אשר הושאר על ידי אלקטרונים כאשר הוא חומם על ידי חוט הלהט.

האזור הפעיל מגדיר קו כמעט אנכי. הוא מאפיין את התלות של זרם האנודה במתח הגובר.

אזור הרוויה הוא קו של זרם אנודה קבוע עם מתח עולה בין אלקטרודות המנורה. ניתן להשוות צינור ואקום באזור זה למוליך של זרם חשמלי. הפליטה מהקתודה הגיעה לערך הגבוה ביותר שלה.

דיודות מוליכים למחצה

המאפיין של צומת p - n להעביר זרם חשמלי בכיוון אחד מצא יישום ביצירת מכשירים מסוג זה. הכללה ישירה היא אספקה ​​של פוטנציאל שלילי לאזור n של המעבר, ביחס לאזור p, שהפוטנציאל שלו חיובי. כשהוא מופעל, המכשיר במצב פתוח. כאשר הקוטביות של המתח המופעל משתנה, הוא יהיה במצב נעול, והזרם לא עובר דרכו.

הסיווג של דיודות יכול להתבצע על פי מטרתם, על פי המוזרויות של הייצור, על פי סוג החומר המשמש בייצורו.

בעיקרון, לייצור התקני מוליכים למחצה, משתמשים בלוחות סיליקון או גרמניום, בעלי מוליכות חשמלית מסוג n. הם מכילים עודף של אלקטרונים בעלי מטען שלילי.

באמצעות טכנולוגיות ייצור שונות, ניתן להשיג דיודות נקודתיות או לוחות במוצא.

בייצור של התקני נקודה, מוליך מחודד (מחט) מרותך לצלחת מסוג n. טומאה מסוימת מוחלת על פני השטח שלה. עבור לוחות גרמניום, המחט מכילה אינדיום; עבור לוחות סיליקון המחט מצופה באלומיניום. בשני המקרים נוצר אזור צומת p - n. צורתו מזכירה חצי כדור (נקודה).

עבור מכשירים מישוריים, נעשה שימוש בשיטת הדיפוזיה או היתוך. אזור המעברים המתקבלים בשיטה זו משתנה מאוד. מטרת המוצר תלויה בערכו בעתיד. חוטים מולחמים לאזורי צומת p - n, המשמשים בצורה של מובילים מגוף המוצר המוגמר בעת התקנת מעגלים חשמליים שונים.

בתרשימים, דיודות מוליכים למחצה מסומנות בצורה של משולש שווה צלעות, שבפינתו העליונה מחובר קו אנכי במקביל לבסיסו. הסיכה של המוט נקראת הקתודה, והסיכה של בסיס המשולש היא האנודה.

ישיר נקראת הכללה כזו שבה הקוטב החיובי של מקור הכוח מחובר לאנודה. כאשר מופעל מחדש, ה"פלוס" של המקור מחובר לקתודה.

מאפייני וולט-אמפר

המאפיין I - V קובע את התלות של הזרם הזורם דרך אלמנט המוליך למחצה בגודל ובקוטביות של המתח המופעל על המסופים שלו.

בתחום המתחים קדימה, נבדלים שלושה אזורים: זרם קטן קדימה וזרם עבודה קדימה דרך הדיודה. המעבר מאזור אחד לאחר מתרחש כאשר המתח הישיר מגיע לסף המוליכות. ערך זה הוא בסדר גודל של 0.3 וולט עבור דיודות גרמניום ו-0.7 וולט עבור דיודות מבוססות סיליקון.

כאשר מתח הפוך מופעל על המסופים של דיודה, הזרם דרכו קטן מאוד ונקרא זרם הפוך או זרם דליפה. תלות זו נצפית עד לערך מסוים של גודל המתח ההפוך. זה נקרא מתח התמוטטות. כאשר חורגים ממנו, הזרם ההפוך גדל כמו מפולת שלגים.

הגבלת ערכי פרמטרים

עבור דיודות מוליכים למחצה, ישנם ערכים עבור הפרמטרים שלהם שלא ניתן לחרוג מהם. אלו כוללים:

• זרם קדימה מקסימלי;
• מתח פירוק הפוך מקסימלי;
• פיזור כוח מקסימלי.

אלמנט מוליך למחצה יכול לעמוד בכמות מוגבלת של זרם ישר דרכו. כאשר חריגה ממנו, צומת p-n מתחמם יתר על המידה ונכשל. למכשירי כוח מטוסים יש את המרווח הגדול ביותר עבור פרמטר זה. גודל הזרם הקדמי דרכם יכול להגיע לעשרות אמפר.

חריגה מהערך המרבי של מתח הפירוק יכולה להפוך דיודה בעלת תכונות חד-כיווניות למוליך רגיל של זרם חשמלי. התמוטטות יכולה להיות בלתי הפיכה ומשתנה מאוד בהתאם למכשיר הספציפי שבו נעשה שימוש.

כּוֹחַ היא כמות שתלויה ישירות בזרם ובמתח, המופעלת בו זמנית על המסופים של הדיודה. כמו גם חריגה מהזרם המקסימלי קדימה, חריגה מפיזור ההספק המגביל מובילה לתוצאות בלתי הפיכות. הדיודה פשוט נשרפת ומפסיקה למלא את מטרתה. כדי למנוע מצב כזה, מכשירי חשמל מתקינים התקנים ברדיאטורים שמסירים (מפזרים) עודפי חום לסביבה.

סוגי דיודות מוליכים למחצה

התכונה של דיודה להעביר זרם בכיוון קדימה ולא להעביר אותו בכיוון ההפוך מצאה יישום בהנדסת חשמל ורדיו. סוגים מיוחדים של דיודות פותחו גם לביצוע מגוון מצומצם של משימות.

מיישרים ותכונותיהם

היישום שלהם מבוסס על מאפייני המיישר של מכשירים אלה. הם משמשים כדי להשיג מתח קבוע על ידי תיקון אות מתחלף קלט.

דיודת מיישר בודדת מאפשרת לקבל מתח פועם בקוטביות חיובית במוצא שלה. באמצעות שילוב של אלה, אתה יכול לקבל את צורת גל מתח המוצא הדומה לגל. בעת שימוש באלמנטים נוספים במעגלי מיישרים, כגון קבלים אלקטרוליטיים בעלי קיבולת גבוהה ומשרנים עם ליבות אלקטרומגנטיות (משנקים), ניתן לקבל מתח קבוע במוצא המכשיר, המזכיר את המתח של סוללה גלוונית, שהוא כל כך הכרחי לתפעול רוב הציוד צרכן.

דיודות זנר מוליכים למחצה

דיודות אלו בעלות מאפיין I-V בשיפוע גבוה עם ענף הפוך. כלומר, על ידי הפעלת מתח על המסופים של דיודת הזנר, שהקוטביות שלה היא הפוכה, אתה יכול להשתמש נגדים מגבילים כדי להיכנס למצב של מפולות התמוטטות מבוקרות. למתח בנקודת התמוטטות המפולת יש ערך קבוע עם שינוי משמעותי בזרם דרך דיודת הזנר, שערכו מוגבל בהתאם למכשיר המשמש במעגל. בדרך זו מתקבלת השפעת ייצוב מתח המוצא ברמה הרצויה.

פעולות טכנולוגיות בייצור דיודות זנר משיגות ערכים שונים של מתח השבר (מתח ייצוב). טווח המתחים הללו הוא (3-15) וולט. הערך הספציפי תלוי במכשיר הנבחר ממשפחה גדולה של דיודות זנר.

כיצד פועלים הגלאים

דיודות המיוצרות באמצעות טכנולוגיית נקודתיות משמשות לזיהוי אותות בתדר גבוה. המשימה של הגלאי היא להגביל מחצית אחת של האות המאופנן. זה מאפשר, לאחר מכן, בעזרת מסנן מעביר גבוה, להשאיר רק את האות המווסת במוצא המכשיר. הוא מכיל מידע שמע בתדר נמוך. שיטה זו משמשת במקלטי רדיו המקבלים אות מאופנן משרעת.

תכונות של נוריות

דיודות אלו מתאפיינות בכך שכאשר זורם דרכן זרם קדימה, הגביש פולט זרם של פוטונים, המהווים מקור אור. בהתאם לסוג הגביש המשמש ב-LED, ספקטרום האור יכול להיות בטווח הנראה לעין האנושית או בטווח הבלתי נראה. אור בלתי נראה הוא אור אינפרא אדום או אולטרה סגול.

בעת בחירת אלמנטים אלה, יש צורך לדמיין את המטרה שיש להשיג. המאפיינים העיקריים של נוריות LED הם:

• צריכת חשמל;
• מתח מדורג;
• זרם צריכה.

הצריכה הנוכחית של הנורית המשמשת לאינדיקציה במכשירים בעלי שימוש נרחב היא לא יותר מ-20 mA. בזרם זה, זוהר LED הוא אופטימלי. תחילת הזוהר מתחילה בזרם העולה על 3 mA.

המתח הנומינלי נקבע על ידי ההתנגדות הפנימית של הצומת, שהיא משתנה. ככל שהזרם דרך הנורית גדל, ההתנגדות יורדת בהדרגה. המתח של מקור הכוח המשמש להפעלת ה-LED חייב להיות מופעל לא פחות מהמתח המצוין בדרכון עבורו.

צריכת החשמל היא ערך שתלוי בצריכת הזרם ובמתח הנקוב. זה עולה עם עלייה בערכים שקובעים אותו. יש לציין שדיודות אור חזקות יכולות להכיל 2 או אפילו 4 גבישים.

ללדים יש יתרונות שאין להכחישה על פני מכשירי תאורה אחרים. ניתן למנות אותם לאורך זמן. העיקריים שבהם הם:

• יעילות גבוהה;
• עמידות רבה;
• רמת בטיחות גבוהה עקב מתחי אספקה ​​נמוכים.

החיסרון של פעולתם הוא הצורך באספקת כוח DC מיוצבת נוספת, וזה מייקר את העלות.