Co to jest dioda: urządzenie i zasada działania różnych typów, praca w obwodach

Dioda Jest pierwiastkiem o różnej przewodności. Ta właściwość jest wykorzystywana w różnych obwodach elektrycznych i elektronicznych. Na jego podstawie powstają urządzenia, które mają zastosowania w różnych dziedzinach.

Rodzaje diod: próżniowe i półprzewodnikowe. Ten ostatni typ jest obecnie używany w przeważającej większości przypadków. Nigdy nie będzie zbyteczne wiedzieć, jak działa dioda, do czego jest potrzebna, jak to jest wskazane na schemacie, jakie typy diod istnieją, zastosowanie różnych typów diod.

Diody próżniowe

Urządzenia tego typu wykonane są w postaci lamp elektronicznych. Lampa wygląda jak szklany balon z dwiema elektrodami w środku. Jedna to anoda, druga to katoda. Są w próżni. Strukturalnie anoda wykonana jest w postaci cienkościennego cylindra. Wewnątrz znajduje się katoda. Ma zwykle kształt cylindryczny. Wewnątrz katody układany jest izolowany żarnik. Wszystkie elementy posiadają wyprowadzenia, które są połączone z pinami (nogami) lampy. Nogi lampy są wyprowadzone.

Zasada działania

Gdy prąd elektryczny przepływa po spirali, nagrzewa się i nagrzewa katodę, w której się znajduje. Z powierzchni rozgrzanej katody elektrony, które ją opuściły, bez dodatkowego pola przyspieszającego, gromadzą się w jej bezpośrednim sąsiedztwie. Niektóre z nich wracają z powrotem na katodę.

Gdy do anody zostanie przyłożone napięcie dodatnie, elektrony wyemitowane z katody pędzą do niej, tworząc prąd anodowy elektronów.

Katoda ma limit emisji elektronów. Po osiągnięciu tego limitu prąd anodowy stabilizuje się. Jeśli do anody zostanie przyłożone niewielkie napięcie ujemne w stosunku do katody, elektrony przestaną się poruszać.

Materiał katody, z którego jest wykonana, charakteryzuje się wysokim stopniem emisji.

Charakterystyka woltamperowa (VAC)

Charakterystyka I - V diod tego typu pokazuje graficznie zależność prądu anodowego od napięcia przewodzenia przyłożonego do zacisków katody i anody. Składa się z trzech sekcji:

• Powolny nieliniowy wzrost prądu;
• Część robocza charakterystyki;
• Obszar nasycenia prądem anodowym.

Sekcja nieliniowa rozpoczyna się za obszarem odcięcia prądu anodowego. Jej nieliniowość wiąże się z niewielkim dodatnim potencjałem katody, który pozostawiły elektrony podczas podgrzewania przez włókno.

Aktywny obszar definiuje prawie pionową linię. Charakteryzuje zależność prądu anodowego od narastającego napięcia.

Obszar nasycenia to linia stałego prądu anodowego ze wzrostem napięcia między elektrodami lampy. Rurkę próżniową w tym obszarze można porównać do przewodnika prądu elektrycznego. Emisja z katody osiągnęła najwyższą wartość.

Diody półprzewodnikowe

Właściwość złącza p - n do przepuszczania prądu elektrycznego w jednym kierunku znalazła zastosowanie w tworzeniu tego typu urządzeń. Włączenie bezpośrednie to dostawa potencjału ujemnego do obszaru n przejścia, w stosunku do obszaru p, którego potencjał jest dodatni. Po włączeniu urządzenie jest w stanie otwartym. Gdy zmieni się polaryzacja przyłożonego napięcia, będzie ono w stanie zablokowanym, a prąd przez niego nie przejdzie.

Klasyfikację diod można przeprowadzić zgodnie z ich przeznaczeniem, zgodnie ze specyfiką produkcji, zgodnie z rodzajem materiału użytego do ich produkcji.

Zasadniczo do produkcji urządzeń półprzewodnikowych stosuje się płytki krzemowe lub germanowe, które mają przewodność elektryczną typu n. Zawierają nadmiar ujemnie naładowanych elektronów.

Stosując różne technologie wytwarzania, możliwe jest uzyskanie na wyjściu diod punktowych lub płytkowych.

W produkcji urządzeń punktowych spiczasty przewód (igła) jest przyspawany do płytki typu n. Na jego powierzchnię nakłada się pewne zanieczyszczenie. W przypadku płytek z germanu igła zawiera ind, w przypadku płytek silikonowych igła jest pokryta aluminium. W obu przypadkach tworzony jest region połączenia p - n. Jego kształt przypomina półkulę (punkt).

W przypadku urządzeń planarnych stosuje się metodę dyfuzji lub fuzji. Obszar przejść uzyskiwanych tą metodą jest bardzo zróżnicowany. Przeznaczenie produktu zależy od jego wartości w przyszłości. Przewody są lutowane do obszarów złącza p - n, które są używane w postaci wyprowadzeń z korpusu gotowego produktu podczas instalowania różnych obwodów elektrycznych.

Na schematach diody półprzewodnikowe są wskazane w postaci trójkąta równobocznego, do którego górnego rogu przymocowana jest pionowa linia równoległa do jego podstawy. Kołek pręta nazywany jest katodą, a kołek podstawy trójkąta jest anodą.

Bezpośrednie nazywane jest takim włączeniem, w którym dodatni biegun źródła zasilania jest podłączony do anody. Po ponownym włączeniu „plus” źródła jest podłączony do katody.

Charakterystyka woltamperowa

Charakterystyka I - V określa zależność prądu płynącego przez element półprzewodnikowy od wielkości i polaryzacji napięcia przyłożonego do jego zacisków.

W obszarze napięć przewodzenia wyróżnia się trzy obszary: mały prąd przewodzenia i prąd roboczy przewodzenia przez diodę. Przejście z jednego regionu do drugiego następuje, gdy napięcie stałe osiągnie próg przewodnictwa. Ta wartość jest rzędu 0,3 V dla diod germanowych i 0,7 V dla diod krzemowych.

Gdy do zacisków diody zostanie przyłożone napięcie wsteczne, przepływający przez nią prąd jest bardzo mały i nazywany jest prądem wstecznym lub prądem upływu. Zależność tę obserwuje się do pewnej wartości wielkości napięcia wstecznego. Nazywa się to napięciem przebicia. Gdy zostanie przekroczony, prąd wsteczny rośnie jak lawina.

Wartości graniczne parametrów

W przypadku diod półprzewodnikowych istnieją wartości ich parametrów, których nie można przekroczyć. Obejmują one:

• Maksymalny prąd przewodzenia;
• Maksymalne napięcie przebicia wstecznego;
• Maksymalne rozpraszanie mocy.

Element półprzewodnikowy może wytrzymać przez niego ograniczoną ilość prądu stałego. Po jego przekroczeniu złącze p-n przegrzewa się i ulega awarii. Największy margines na ten parametr mają urządzenia zasilania samolotów. Wielkość prądu przewodzenia przez nie może osiągnąć dziesiątki amperów.

Przekroczenie maksymalnej wartości napięcia przebicia może zamienić diodę o właściwościach jednokierunkowych w normalny przewodnik prądu elektrycznego. Podział może być nieodwracalny i różni się znacznie w zależności od konkretnego używanego instrumentu.

Moc Jest wielkością, która bezpośrednio zależy od prądu i napięcia, która jest jednocześnie przyłożona do zacisków diody. Oprócz przekroczenia maksymalnego prądu przewodzenia, przekroczenie granicznego rozpraszania mocy prowadzi do nieodwracalnych konsekwencji. Dioda po prostu przepala się i przestaje spełniać swoje zadanie. Aby zapobiec takiej sytuacji, urządzenia zasilające instalują urządzenia na grzejnikach, które odprowadzają (odprowadzają) nadmiar ciepła do otoczenia.

Rodzaje diod półprzewodnikowych

Właściwość diody polegająca na przepuszczaniu prądu w kierunku do przodu i nieprzepuszczaniu go w przeciwnym kierunku znalazła zastosowanie w elektrotechnice i radiotechnice. Opracowano również specjalne typy diod do wykonywania wąskiego zakresu zadań.

Prostowniki i ich właściwości

Ich zastosowanie opiera się na właściwościach prostowniczych tych urządzeń. Służą do uzyskania stałego napięcia poprzez prostowanie wejściowego sygnału przemiennego.

Pojedyncza dioda prostownicza umożliwia uzyskanie na jej wyjściu pulsującego napięcia o dodatniej biegunowości. Korzystając z ich kombinacji, można uzyskać przebieg napięcia wyjściowego przypominający falę. W przypadku stosowania dodatkowych elementów w obwodach prostownikowych, takich jak kondensatory elektrolityczne o dużej pojemności i cewki indukcyjne z rdzeniami elektromagnetycznymi (dławiki), na wyjściu urządzenia można uzyskać stałe napięcie, przypominające napięcie baterii galwanicznej, tak niezbędnej do pracy większości urządzeń konsument.

Półprzewodnikowe diody Zenera

Diody te mają charakterystykę I-V o wysokim nachyleniu z odwrotną gałęzią. Oznacza to, że przykładając napięcie do zacisków diody Zenera, której polaryzacja jest odwrócona, można użyć rezystorów ograniczających, aby wprowadzić ją w tryb kontrolowanych lawin przebicia. Napięcie w punkcie przebicia lawinowego ma stałą wartość ze znaczną zmianą prądu płynącego przez diodę Zenera, której wartość jest ograniczona w zależności od urządzenia zastosowanego w obwodzie. W ten sposób uzyskuje się efekt stabilizacji napięcia wyjściowego na pożądanym poziomie.

Operacje technologiczne w produkcji diod Zenera osiągają różne wartości napięcia przebicia (napięcie stabilizacyjne). Zakres tych napięć wynosi (3-15) woltów. Konkretna wartość zależy od wybranego urządzenia z dużej rodziny diod Zenera.

Jak działają detektory

Diody wykonane w technologii punktowej służą do wykrywania sygnałów o wysokiej częstotliwości. Zadaniem detektora jest ograniczenie połowy modulowanego sygnału. Pozwala to następnie, za pomocą filtra górnoprzepustowego, pozostawić na wyjściu urządzenia tylko sygnał modulujący. Zawiera informacje audio o niskiej częstotliwości. Ta metoda jest stosowana w odbiornikach radiowych, które odbierają sygnał z modulacją amplitudy.

Cechy diod LED

Diody te charakteryzują się tym, że gdy przepływa przez nie prąd przewodzenia, kryształ emituje strumień fotonów, które są źródłem światła. W zależności od rodzaju kryształu zastosowanego w diodzie LED, widmo światła może znajdować się w zakresie widocznym dla ludzkiego oka lub w zakresie niewidzialnym. Światło niewidzialne to światło podczerwone lub ultrafioletowe.

Wybierając te elementy, należy wyobrazić sobie cel do osiągnięcia. Główne cechy diod LED to:

• Pobór energii;
• Napięcie znamionowe;
• Pobór prądu.

Pobór prądu diody stosowanej do sygnalizacji w urządzeniach o szerokim zastosowaniu wynosi nie więcej niż 20 mA. Przy tym prądzie luminescencja LED jest optymalna. Początek żarzenia zaczyna się przy prądzie przekraczającym 3 mA.

Napięcie nominalne jest określone przez wewnętrzną rezystancję złącza, która jest zmienna. Wraz ze wzrostem prądu płynącego przez diodę LED opór stopniowo maleje. Napięcie źródła zasilania używanego do zasilania diody LED musi być przyłożone nie mniej niż napięcie określone w paszporcie.

Pobór mocy to wartość zależna od poboru prądu i napięcia znamionowego. Zwiększa się wraz ze wzrostem wartości, które ją określają. Należy zauważyć, że mocne diody świetlne mogą zawierać 2, a nawet 4 kryształy.

Diody LED mają niezaprzeczalną przewagę nad innymi urządzeniami oświetleniowymi. Można je długo wyliczać. Najważniejsze z nich to:

• Wysoka wydajność;
• Świetna trwałość;
• Wysoki poziom bezpieczeństwa dzięki niskim napięciu zasilania.

Wadą ich działania jest konieczność stosowania dodatkowego zasilacza stabilizowanego DC, a to zwiększa koszt.