Poluvodičke diode se široko koriste u elektronici i elektronskoj industriji. Koriste se i samostalno i kao p-n spoj tranzistora i mnogih drugih uređaja. Kao diskretna komponenta, diode su ključni dio mnogih elektronskih kola. Nalaze mnoge primjene u rasponu od aplikacija male snage do ispravljača.
Šta je dioda?
Prevedeno sa grčkog, naziv ovog elektronskog elementa doslovno znači "dva terminala". Zovu se anoda i katoda. U strujnom kolu struja teče od anode do katode. Poluprovodnička dioda je jednostrani element i tok struje u suprotnom smjeru je blokiran.
Princip rada
Uređaj poluvodičkih dioda je veoma različit. To je razlog što ih ima mnogo vrsta, koje se razlikuju i po nominalnoj vrijednosti i po funkcijama koje obavljaju. Međutim, u većini slučajeva osnovni principrad poluvodičkih dioda je isti. Sadrže p-n spoj, koji pruža njihovu osnovnu funkcionalnost.
Ovaj termin se obično koristi u odnosu na standardni oblik diode. Zapravo, to se odnosi na gotovo sve vrste njih. Diode čine okosnicu moderne elektronske industrije. Sve - od jednostavnih elemenata i tranzistora do modernih mikroprocesora - bazira se na poluprovodnicima. Princip rada poluvodičke diode temelji se na svojstvima poluvodiča. Tehnologija se zasniva na grupi materijala, unošenjem nečistoća u kristalnu rešetku koje omogućavaju dobijanje oblasti u kojima su rupe i elektroni nosioci naboja.
P-n-junction
Dioda p-n-tipa dobila je ime jer koristi p-n spoj koji omogućava struji da teče samo u jednom smjeru. Element ima i druga svojstva koja se također široko koriste. Poluprovodničke diode, na primjer, mogu emitovati i detektirati svjetlost, mijenjati kapacitivnost i regulisati napon.
P-n-spoj je osnovna poluprovodnička struktura. Kao što ime govori, to je spoj između p- i n-tip regiona. Prijelaz omogućava da se nosioci naboja kreću samo u jednom smjeru, što, na primjer, omogućava pretvaranje naizmjenične struje u jednosmjernu.
Standardne diode se obično prave od silicijuma, iako se germanijum i drugi poluprovodnički materijali takođe koriste, uglavnom u posebne svrhe.
Volt-karakteristika ampera
Diodu karakterizira krivulja strujnog napona, koja se može podijeliti u 2 grane: naprijed i nazad. U suprotnom smjeru, struja curenja je blizu 0, ali s povećanjem napona polako raste i, kada se postigne probojni napon, počinje naglo rasti. U smjeru naprijed, struja brzo raste sa primijenjenim naponom iznad praga provodljivosti, koji iznosi 0,7 V za silikonske diode i 0,4 V za germanij. Ćelije koje koriste različite materijale imaju različite volt-amper karakteristike i prag provodljivosti i napone proboja.
P-n-spoj dioda se može smatrati osnovnim uređajem. Široko se koristi u mnogim aplikacijama u rasponu od signalnih kola i detektora do limitatora ili supresora prolaznih pojava u indukcijskim ili relejnim zavojnicama i ispravljačima velike snage.
Karakteristike i parametri
Specifikacije diode pružaju mnogo podataka. Međutim, precizna objašnjenja o tome šta su oni nisu uvijek dostupna. Ispod su detalji o različitim karakteristikama i parametrima diode, koji su dati u specifikacijama.
Poluprovodnički materijal
Materijal koji se koristi u p-n spojevima je od najveće važnosti jer utiče na mnoge osnovne karakteristike poluvodičkih dioda. Silicijum se najviše koristi zbog svoje visoke efikasnosti i niskih troškova proizvodnje. Još jedan često korištenelement je germanijum. Drugi materijali se obično koriste u diodama posebne namjene. Izbor poluprovodničkog materijala je važan jer određuje prag provodljivosti - oko 0,6 V za silicijum i 0,3 V za germanijum.
Pad napona u režimu jednosmerne struje (U pr.)
Svako električno kolo kroz koje prolazi struja uzrokuje pad napona, a ovaj parametar poluvodičke diode je od velike važnosti, posebno za ispravljanje, kada su gubici snage proporcionalni U ave. Osim toga, elektronske komponente često moraju obezbediti mali pad napona, jer signali mogu biti slabi, ali ga i dalje moraju savladati.
Ovo se dešava iz dva razloga. Prvi leži u samoj prirodi p-n spoja i rezultat je napona praga provodljivosti koji dozvoljava struji da prođe kroz sloj iscrpljenosti. Druga komponenta je normalni otporni gubitak.
Indikator je od velike važnosti za ispravljačke diode, koje mogu nositi velike struje.
Peak reverzni napon (U arr. max)
Ovo je najveći reverzni napon koji poluvodička dioda može izdržati. Ne smije se prekoračiti, inače element može otkazati. Nije samo RMS napon ulaznog signala. Svaki krug se mora uzeti u obzir na osnovu njegovih zasluga, ali za jednostavan jednostruki polutalasni ispravljač sa kondenzatorom za izravnavanje, zapamtite da će kondenzator držati napon jednak vrhuncu ulazasignal. Dioda će tada biti podvrgnuta vrhuncu dolaznog signala u obrnutom smeru, i stoga će pod ovim uslovima postojati maksimalni reverzni napon jednak vršnoj vrednosti talasa.
Maksimalna prednja struja (U pr. max)
Kada dizajnirate električni krug, vodite računa da maksimalni nivoi struje diode nisu prekoračeni. Kako se struja povećava, stvara se dodatna toplota, koja se mora ukloniti.
Struja curenja (I arr.)
U idealnoj diodi, ne bi trebalo da postoji reverzna struja. Ali u stvarnim p-n spojevima, to je zbog prisustva manjinskih nosilaca naboja u poluvodiču. Količina struje curenja zavisi od tri faktora. Očigledno, najznačajniji od njih je obrnuti napon. Također, struja curenja ovisi o temperaturi - sa svojim rastom, značajno se povećava. Osim toga, jako ovisi o vrsti poluvodičkog materijala. U tom pogledu, silicijum je mnogo bolji od germanijuma.
Struja curenja se određuje pri određenom obrnutom naponu i određenoj temperaturi. Obično se navodi u mikroamperima (ΜA) ili pikoamperima (pA).
Tranziciona kapacitivnost
Sve poluprovodničke diode imaju spojni kapacitet. Zona osiromašenja je dielektrična barijera između dvije ploče koje se formiraju na rubu područja osiromašenja i područja s najvećim nosiocima naboja. Stvarna vrijednost kapacitivnosti ovisi o obrnutom naponu, što dovodi do promjene u prijelaznoj zoni. Njegovo povećanje proširuje zonu iscrpljivanja i, posljedično,smanjuje kapacitet. Ova činjenica se koristi u varaktorima ili varikapima, ali za druge aplikacije, posebno RF aplikacije, ovaj efekat mora biti minimiziran. Parametar je obično specificiran u pF na datom naponu. Specijalne diode niske otpornosti dostupne su za mnoge RF aplikacije.
Tip slučaja
U zavisnosti od namjene, poluvodičke diode se proizvode u paketima različitih vrsta i oblika. U nekim slučajevima, posebno kada se koristi u krugovima za obradu signala, paket je ključni element u određivanju ukupnih karakteristika tog elektronskog elementa. U strujnim krugovima gdje je rasipanje topline važno, paket može odrediti mnoge od općih parametara diode. Uređaji velike snage moraju biti u mogućnosti da se prikače na hladnjak. Manji predmeti se mogu proizvoditi u olovnim kućištima ili kao uređaji za površinsku montažu.
Vrste dioda
Ponekad je korisno upoznati se sa klasifikacijom poluvodičkih dioda. Međutim, neki artikli mogu pripadati nekoliko kategorija.
Preokrenuta dioda. Iako nije toliko rasprostranjen, radi se o vrsti elementa p-n tipa, koji je po svom djelovanju vrlo sličan tunelu. Ima nizak pad napona u uključenom stanju. Koristi se u detektorima, ispravljačima i visokofrekventnim prekidačima.
Tranzitna dioda za ubrizgavanje. Ima mnogo zajedničkog sa uobičajenim letenjem lavina. Koristi se u mikrotalasnim generatorima i alarmnim sistemima.
Diode Gunn. Ne pripada p-n-tipu, već je poluvodički uređaj sa dva terminala. Obično se koristi za generiranje i pretvaranje mikrovalnih signala u opsegu 1-100 GHz.
Emitiranje svjetla ili LED jedna je od najpopularnijih vrsta elektronskih komponenti. U prednaponu, struja koja teče kroz spoj uzrokuje emitiranje svjetlosti. Koriste složene poluprovodnike (npr. galijum arsenid, galijum fosfid, indijum fosfid) i mogu da svetle u raznim bojama, iako su prvobitno bili ograničeni samo na crvenu. Postoje mnogi novi razvoji koji mijenjaju način na koji displeji funkcioniraju i proizvode, a primjer je OLED.
fotodioda. Koristi se za detekciju svjetlosti. Kada foton udari u p-n spoj, može stvoriti elektrone i rupe. Fotodiode obično rade u uslovima obrnutog prednapona, gde se čak i male struje koje generiše svetlost mogu lako detektovati. Fotodiode se mogu koristiti za proizvodnju električne energije. Ponekad se elementi tipa igle koriste kao fotodetektori.
Pin-dioda. Naziv elektronskog elementa dobro opisuje uređaj poluvodičke diode. Ima standardne regije p- i n-tipa, ali između njih postoji unutrašnja regija bez nečistoća. Ima efekat povećanja površine oblasti iscrpljivanja, što može biti korisno za prebacivanje, kao i kod fotodioda, itd.
Standardni p-n spoj se može smatrati normalnimili standardni tip diode koji se danas koristi. Mogu se koristiti u RF ili drugim niskonaponskim aplikacijama, kao i visokonaponskim i visokonaponskim ispravljačima.
Schottky diode. Imaju manji pad napona naprijed od standardnih silikonskih poluvodiča p-n-tipa. Pri malim strujama može biti od 0,15 do 0,4 V, a ne 0,6 V, kao kod silikonskih dioda. Da bi to učinili, nisu napravljeni kao obično - koriste kontakt metal-poluvodič. Široko se koriste kao limiteri, ispravljači i u radio opremi.
Dioda sa akumulacijom naboja. To je vrsta mikrovalne diode koja se koristi za generiranje i oblikovanje impulsa na vrlo visokim frekvencijama. Njegov rad se zasniva na karakteristici vrlo brzog okidanja.
Laserska dioda. Razlikuje se od obične svjetlosti koja emituje jer proizvodi koherentno svjetlo. Laserske diode se koriste u mnogim uređajima, od DVD i CD drajvova do laserskih pokazivača. Oni su mnogo jeftiniji od drugih oblika lasera, ali znatno skuplji od LED dioda. Imaju ograničen vijek trajanja.
Tunel dioda. Iako danas nije u širokoj upotrebi, ranije se koristio u pojačalima, oscilatorima i sklopnim uređajima, vremenskim krugovima osciloskopa, kada je bio efikasniji od ostalih elemenata.
Varactor ili varicap. Koristi se u mnogim RF uređajima. Za ovu diodu, obrnuto pristrasnost mijenja širinu osiromašenog sloja ovisno o primijenjenom naponu. U ovoj konfiguraciji todjeluje kao kondenzator s područjem iscrpljivanja koji djeluje kao izolacijski dielektrik i pločama formiranim od vodljivih područja. Koristi se u naponskim oscilatorima i RF filterima.
Zener dioda. To je vrlo korisna vrsta diode jer daje stabilan referentni napon. Zbog toga se zener dioda koristi u ogromnim količinama. Radi pod uslovima obrnutog prednapona i probija se kada se postigne određena potencijalna razlika. Ako je struja ograničena otpornikom, onda to osigurava stabilan napon. Široko se koristi za stabilizaciju napajanja. Postoje 2 vrste obrnutog sloma u zener diodama: Zener dekompozicija i udarna jonizacija.
Dakle, različite vrste poluprovodničkih dioda uključuju elemente za aplikacije male snage i velike snage, koje emituju i detektuju svjetlost, s malim padom napona naprijed i varijabilnom kapacitivnošću. Pored ovoga, postoji niz varijanti koje se koriste u mikrotalasnoj tehnologiji.
