Hvad er en diode?

En diode er en to-terminal elektronisk komponent, begrænser flowet strøm i én retning og tillader den at flyde frit i den modsatte retning. Det har mange anvendelser i elektroniske kredsløb og kan bruges til at bygge ensrettere, invertere og generatorer.

I denne artikel vil vi tage stirre hvad er en diode og hvordan virker den. Vi vil også se på nogle af dets almindelige anvendelser i elektroniske kredsløb. Så lad os komme i gang!

Hvordan fungerer en diode?

En diode er en elektronisk enhed, der Det gør det muligt strømmen skal gå i én retning. De findes normalt i elektriske kredsløb. De opererer på basis af det halvledermateriale, som de er lavet af, som enten kan være N-type eller P-type. Hvis dioden er N-type, vil den kun sende strøm, når spændingen påføres i samme retning som diodens pil, mens dioder af P-typen kun vil føre strøm, når spændingen påføres i den modsatte retning af dens pil.

Halvledermaterialet tillader strøm at flyde, hvilket skaberudtømningszone', dette er området, hvor elektroner er forbudt. Efter spænding er påført, når udtømningszonen begge ender af dioden og tillader strøm at strømme gennem den. Denne proces kaldes "fremadrettet skævhed'.

Hvis der påføres spænding til omvendt halvledermateriale, omvendt bias. Dette vil få udtømningszonen til at strække sig fra kun den ene ende af terminalen og stoppe strømmen i at flyde. Dette skyldes, at hvis spænding blev påført langs samme rute som pilen på en P-type halvleder, ville P-type halvlederen fungere som en N-type, fordi den ville tillade elektroner at bevæge sig i den modsatte retning af dens pil.

Diodestrøm flow

Hvad bruges dioder til?

Dioder bruges til konvertere jævnstrøm til vekselstrøm, mens den blokerer den omvendte ledning af elektriske ladninger. Denne hovedkomponent kan også findes i lysdæmpere, elektriske motorer og solpaneler.

Dioder bruges i computere til Sikkerhed computer elektroniske komponenter fra beskadigelse på grund af strømstød. De reducerer eller blokerer spænding ud over det, der kræves af maskinen. Det reducerer også computerens strømforbrug, sparer strøm og reducerer varme genereret inde i enheden. Dioder bruges i high-end apparater såsom ovne, opvaskemaskiner, mikrobølgeovne og vaskemaskiner. De bruges i disse enheder til at beskytte mod skade på grund af strømstød forårsaget af strømsvigt.

Anvendelse af dioder

• rettelse
• Som en kontakt
• Kildeisolationskredsløb
• Som referencespænding
• Frekvens mixer
• Omvendt strømbeskyttelse
• Beskyttelse mod omvendt polaritet
• Overspændingsbeskyttelse
• AM-konvolutdetektor eller demodulator (diodedetektor)
• Som en lyskilde
• I det positive temperaturfølerkredsløb
• I lyssensorkredsløbet
• Solcellebatteri eller solcellebatteri
• Som en klippemaskine
• Som en fastholder

Diodens historie

Ordet "diode" kommer fra Греческий ordet "diodos" eller "diodos". Formålet med en diode er at tillade elektricitet at strømme i kun én retning. En diode kan også kaldes en elektronisk ventil.

Blev fundet Henry Joseph runde gennem sine eksperimenter med elektricitet i 1884. Disse eksperimenter blev udført ved hjælp af et vakuumglasrør, inden i hvilket der var metalelektroder i begge ender. Katoden har en plade med positiv ladning, og anoden har en plade med negativ ladning. Når strøm passerede gennem røret, ville det lyse op, hvilket indikerer, at energi strømmede gennem kredsløbet.

Hvem opfandt dioden

Selvom den første halvlederdiode blev opfundet i 1906 af John A. Fleming, er den krediteret til William Henry Price og Arthur Schuster for selvstændigt at opfinde enheden i 1907.

William Henry Preece og Arthur Schuster

Diode typer

• Lille signal diode
• Stor signal diode
• Stabilitron
• lysdiode (LED)
• DC dioder
• Schottky diode
• Shockley diode
• Tringendannelsesdioder
• tunnel diode
• Varactor diode
• laser diode
• Transient undertrykkelsesdiode
• Gulddoterede dioder
• Super barriere dioder
• Peltier diode
• krystal diode
• Lavine diode
• Silikonestyret ensretter
• Vakuum dioder
• PIN-diode
• kontaktpunkt
• Diode Hanna

Lille signal diode

En lille signaldiode er en halvlederenhed med hurtig koblingsevne og lavt ledningsspændingsfald. Det giver en høj grad af beskyttelse mod skader på grund af elektrostatisk udladning.

Stor signal diode

En stor signaldiode er en type diode, der transmitterer signaler med et højere effektniveau end en lille signaldiode. En stor signaldiode bruges typisk til at konvertere AC til DC. En stor signaldiode sender signalet uden strømtab og er billigere end en elektrolytisk kondensator.

En afkoblingskondensator bruges ofte i kombination med en stor signaldiode. Brugen af ​​denne enhed påvirker kredsløbets transiente responstid. Afkoblingskondensatoren hjælper med at begrænse spændingsudsving forårsaget af impedansændringer.

Stabilitron

En Zenerdiode er en speciel type, der kun vil lede elektricitet i området direkte under jævnspændingsfaldet. Dette betyder, at når den ene terminal af en zenerdiode aktiveres, tillader den strøm at bevæge sig fra den anden terminal til den aktiverede terminal. Det er vigtigt, at denne enhed bruges korrekt og er jordet, ellers kan den permanent beskadige dit kredsløb. Det er også vigtigt, at denne enhed bruges udendørs, da den vil svigte, hvis den placeres i en fugtig atmosfære.

Når der tilføres tilstrækkelig strøm til zenerdioden, skabes et spændingsfald. Hvis denne spænding når eller overstiger maskinens gennembrudsspænding, tillader den strøm at flyde fra en terminal.

lysdiode (LED)

En lysemitterende diode (LED) er lavet af et halvledermateriale, der udsender lys, når en tilstrækkelig mængde elektrisk strøm ledes gennem den. En af LED'ernes vigtigste egenskaber er, at de meget effektivt omdanner elektrisk energi til optisk energi. LED'er bruges også som indikatorlys til at angive mål på elektroniske enheder såsom computere, ure, radioer, fjernsyn og så videre.

LED'en er et godt eksempel på udviklingen af ​​mikrochipteknologi og har muliggjort betydelige ændringer inden for belysningsområdet. LED'er bruger mindst to halvlederlag til at generere lys, en pn-forbindelse til at generere bærere (elektroner og huller), som derefter sendes til modsatte sider af et "barriere"-lag, der fanger huller på den ene side og elektroner på den anden. . Energien fra de fangede bærere rekombinerer i en "resonans" kendt som elektroluminescens.

LED anses for at være en effektiv type belysning, fordi den udsender lidt varme sammen med sit lys. Den har en længere levetid end glødelamper, som kan holde op til 60 gange længere, har højere lysudbytte og udsender mindre giftige emissioner end traditionelle lysstofrør.

Den største fordel ved LED'er er, at de kræver meget lidt strøm for at fungere, afhængigt af typen af ​​LED. Det er nu muligt at bruge lysdioder med strømforsyninger lige fra solceller til batterier og endda vekselstrøm (AC).

Der er mange forskellige typer LED'er, og de kommer i en række forskellige farver, herunder rød, orange, gul, grøn, blå, hvid og mere. I dag fås LED'er med en lysstrøm på 10 til 100 lumen pr. watt (lm/W), hvilket er næsten det samme som konventionelle lyskilder.

DC dioder

En konstantstrømsdiode, eller CCD, er en type spændingsregulatordiode til strømforsyninger. CCD'ens hovedfunktion er at reducere udgangseffekttab og forbedre spændingsstabiliseringen ved at reducere dens udsving, når belastningen ændres. CCD'en kan også bruges til at justere DC-indgangseffektniveauer og til at kontrollere DC-niveauer på udgangsskinnerne.

Schottky diode

Schottky-dioder kaldes også varmebærerdioder.

Schottky-dioden blev opfundet af Dr. Walter Schottky i 1926. Opfindelsen af ​​Schottky-dioden har givet os mulighed for at bruge LED'er (lysemitterende dioder) som pålidelige signalkilder.

Dioden har en meget gavnlig effekt, når den bruges i højfrekvente kredsløb. Schottky-dioden består hovedsageligt af tre komponenter; P, N og metal-halvlederforbindelse. Designet af denne enhed er sådan, at der dannes en skarp overgang inde i den faste halvleder. Dette gør det muligt for bærere at gå fra halvleder til metal. Til gengæld hjælper dette med at reducere fremadspændingen, hvilket igen reducerer effekttab og øger omskiftningshastigheden for enheder, der bruger Schottky-dioder, med en meget stor margin.

Shockley diode

Shockley-dioden er en halvlederenhed med et asymmetrisk arrangement af elektroder. Dioden vil lede strøm i én retning og meget mindre, hvis polariteten vendes. Hvis der opretholdes en ekstern spænding over Shockley-dioden, vil den gradvist fremadrette, når den påførte spænding stiger, op til et punkt kaldet "afskæringsspænding", hvor der ikke er nogen nævneværdig strøm, da alle elektronerne rekombinerer med hullerne . Ud over afskæringsspændingen på den grafiske repræsentation af strøm-spændingskarakteristikken er der et område med negativ modstand. Shockley vil fungere som en forstærker med negative modstandsværdier i dette område.

Shockleys arbejde kan bedst forstås ved at opdele det i tre dele kendt som regioner, strømmen i modsat retning fra bund til top er henholdsvis 0, 1 og 2.

I område 1, når en positiv spænding påføres for forlæns forspænding, diffunderer elektroner ind i n-type-halvlederen fra p-type-materialet, hvor en "udtømningszone" dannes på grund af udskiftning af majoritetsbærere. Udtømningszonen er det område, hvor ladningsbærere fjernes, når en spænding påføres. Udtømningszonen omkring pn-forbindelsen forhindrer strøm i at strømme gennem fronten af ​​den ensrettede enhed.

Når elektroner kommer ind i n-siden fra p-type-siden, dannes en "udtømningszone" i overgangen fra bund til top, indtil hullets strømvej er blokeret. Huller, der bevæger sig fra top til bund, rekombinerer med elektroner, der bevæger sig fra bund til top. Det vil sige, at mellem udtømningszonerne af ledningsbåndet og valensbåndet fremkommer en "rekombinationszone", som forhindrer den videre strøm af hovedbærerne gennem Shockley-dioden.

Strømstrømmen styres nu af en enkelt bærer, som er minoritetsbæreren, dvs. elektroner i dette tilfælde for en n-type halvleder og huller til et p-type materiale. Så vi kan sige, at her styres strømmen af ​​de fleste bærere (huller og elektroner), og strømstrømmen er uafhængig af den påførte spænding, så længe der er nok frie bærere til at lede.

I område 2 rekombinerer elektroner udsendt fra udtømningszonen med huller på den anden side og skaber nye majoritetsbærere (elektroner i et p-type materiale til en n-type halvleder). Når disse huller kommer ind i udtømningszonen, fuldender de strømvejen gennem Shockley-dioden.

I område 3, når en ekstern spænding påføres til omvendt forspænding, opstår der et rumladningsområde eller en udtømningszone i krydset, bestående af både majoritets- og minoritetsbærere. Elektron-hul-parrene er adskilt på grund af påføringen af ​​en spænding over dem, hvilket resulterer i en driftstrøm gennem Shockley. Dette får en lille mængde strøm til at strømme gennem Shockley-dioden.

Tringendannelsesdioder

En step recovery diode (SRD) er en halvlederenhed, der kan give en fast, ubetinget stabil ledningstilstand mellem dens anode og katode. Overgangen fra slukket tilstand til tændt tilstand kan være forårsaget af negative spændingsimpulser. Når den er tændt, opfører SRD'en sig som en perfekt diode. Når den er slukket, er SRD'en overvejende ikke-ledende med en vis lækstrøm, men generelt ikke nok til at forårsage væsentligt strømtab i de fleste applikationer.

Figuren nedenfor viser tringendannelsesbølgeformer for begge typer SRD'er. Den øverste kurve viser den hurtige genopretningstype, som udsender en stor mængde lys, når den går i slukket tilstand. I modsætning hertil viser den nederste kurve en ultrahurtig genopretningsdiode, der er optimeret til højhastighedsdrift og kun udviser ubetydelig synlig stråling under on-to-off overgangen.

For at tænde for SRD'en skal anodespændingen overstige maskinens tærskelspænding (VT). SRD'en vil slukke, når anodepotentialet er mindre end eller lig med katodepotentialet.

tunnel diode

En tunneldiode er en form for kvanteteknik, der tager to stykker af en halvleder og forbinder det ene stykke med den anden side udad. Tunneldioden er unik ved, at elektronerne strømmer gennem halvlederen i stedet for rundt om den. Dette er en af ​​hovedårsagerne til, at denne type teknik er så unik, fordi ingen anden form for elektrontransport indtil dette punkt har været i stand til at opnå en sådan bedrift. En af grundene til, at tunneldioder er så populære, er, at de fylder mindre end andre former for kvanteteknik og også kan bruges i mange applikationer på mange områder.

Varactor diode

En varactordiode er en halvleder, der bruges i en spændingsreguleret variabel kapacitans. Varaktordioden har to forbindelser, en på anodesiden af ​​PN-forbindelsen og den anden på katodesiden af ​​PN-forbindelsen. Når du tilfører en spænding til en varactor, tillader den at danne et elektrisk felt, der ændrer bredden af ​​dets udtømningslag. Dette vil effektivt ændre dens kapacitans.

laser diode

En laserdiode er en halvleder, der udsender sammenhængende lys, også kaldet laserlys. Laserdioden udsender rettede parallelle lysstråler med lav divergens. Dette er i modsætning til andre lyskilder, såsom konventionelle LED'er, hvis udsendte lys divergerer betydeligt.

Laserdioder bruges til optisk lagring, laserprintere, stregkodescannere og fiberoptisk kommunikation.

Transient undertrykkelsesdiode

En transient voltage suppression (TVS) diode er en diode designet til at beskytte mod spændingsstød og andre typer transienter. Den er også i stand til at adskille spænding og strøm for at forhindre højspændingstransienter i at trænge ind i chippens elektronik. TVS-dioden vil ikke lede under normal drift, men vil kun lede under transienten. Under den elektriske transient kan TVS dioden fungere med både hurtige dv/dt spidser og store dv/dt spidser. Enheden findes normalt i indgangskredsløbene i mikroprocessorkredsløb, hvor den behandler højhastighedskoblingssignaler.

Gulddoterede dioder

Gulddioder kan findes i kondensatorer, ensrettere og andre enheder. Disse dioder bruges hovedsageligt i elektronikindustrien, fordi de ikke kræver meget spænding for at lede elektricitet. Dioder doteret med guld kan fremstilles af p-type eller n-type halvledermaterialer. Den gulddopede diode leder elektricitet mere effektivt ved høje temperaturer, især i n-type dioder.

Guld er ikke et ideelt materiale til doping af halvledere, fordi guldatomer er for store til nemt at passe ind i halvlederkrystaller. Det betyder, at guld normalt ikke diffunderer særlig godt ind i en halvleder. En måde at øge størrelsen af ​​guldatomerne, så de kan diffundere, er at tilføje sølv eller indium. Den mest almindelige metode, der bruges til at dope halvledere med guld, er brugen af ​​natriumborhydrid, som hjælper med at skabe en legering af guld og sølv i halvlederkrystallen.

Dioder doteret med guld er almindeligt anvendt i højfrekvente strømapplikationer. Disse dioder hjælper med at reducere spænding og strøm ved at genvinde energi fra den bageste EMF af diodens interne modstand. Gulddopede dioder bruges i maskiner som modstandsnetværk, lasere og tunneldioder.

Super barriere dioder

Super barriere dioder er en type diode, der kan bruges i højspændingsapplikationer. Disse dioder har lav fremadspænding ved høj frekvens.

Superbarrieredioder er en meget alsidig type diode, da de kan fungere over en bred vifte af frekvenser og spændinger. De bruges hovedsageligt i strømkoblingskredsløb til strømfordelingssystemer, ensrettere, motordrevinvertere og strømforsyninger.

Superbarrieredioden er hovedsageligt sammensat af siliciumdioxid tilsat kobber. Superbarrieredioden har flere designmuligheder, herunder plan germanium superbarrierediode, junction superbarrierediode og isolerende superbarrierediode.

Peltier diode

Peltier-dioden er en halvleder. Det kan bruges til at generere en elektrisk strøm som reaktion på termisk energi. Denne enhed er stadig ny og endnu ikke helt forstået, men det ser ud til, at den kunne være nyttig til at omdanne varme til elektricitet. Dette kan bruges til vandvarmere eller endda i biler. Dette ville tillade brugen af ​​varme genereret af en forbrændingsmotor, som normalt er spildt energi. Det ville også give motoren mulighed for at køre mere effektivt, da den ikke skulle producere så meget strøm (og dermed bruge mindre brændstof), men i stedet ville en Peltier-diode omdanne spildvarmen til strøm.

krystal diode

Krystaldioder bruges almindeligvis til smalbåndsfiltrering, oscillatorer eller spændingsstyrede forstærkere. Krystaldioden betragtes som en speciel anvendelse af den piezoelektriske effekt. Denne proces hjælper med at generere spændings- og strømsignaler ved hjælp af deres iboende egenskaber. Krystaldioder kombineres også almindeligvis med andre kredsløb, der giver forstærkning eller andre specialiserede funktioner.

Lavine diode

En lavinediode er en halvleder, der genererer en lavine fra en enkelt elektron fra ledningsbåndet til valensbåndet. Den bruges som ensretter i højspændings DC strømkredsløb, som en infrarød strålingsdetektor og som en fotovoltaisk maskine til ultraviolet stråling. Lavineeffekten øger fremadgående spændingsfald over dioden, så den kan gøres meget mindre end gennemslagsspændingen.

Silikonestyret ensretter

Silicon Controlled Rectifier (SCR) er en tre-terminal tyristor. Den er designet til at fungere som en kontakt i mikrobølgeovne til at styre strømmen. Den kan udløses af strøm eller spænding eller begge dele, afhængigt af gateudgangsindstillingen. Når portstiften er negativ, tillader den strøm at flyde gennem SCR'en, og når den er positiv, blokerer den for strøm i at strømme gennem SCR'en. Placeringen af ​​portstiften bestemmer, om strømmen passerer eller er blokeret, når den er på plads.

Vakuum dioder

Vakuumdioder er en anden type dioder, men i modsætning til andre typer bruges de i vakuumrør til at regulere strøm. Vakuumdioder tillader strøm at flyde ved en konstant spænding, men har også et kontrolgitter, der ændrer denne spænding. Afhængigt af spændingen i styrenettet tillader eller stopper vakuumdioden strømmen. Vakuumdioder bruges som forstærkere og oscillatorer i radiomodtagere og -sendere. De tjener også som ensrettere, der konverterer AC til DC til brug for elektriske enheder.

PIN-diode

PIN-dioder er en type pn-junction-diode. Generelt er PIN-koder en halvleder, der udviser lav modstand, når en spænding påføres den. Denne lave modstand vil stige, når den påførte spænding stiger. PIN-koder har en tærskelspænding, før de bliver ledende. Således, hvis der ikke påføres negativ spænding, vil dioden ikke passere strøm, før den når denne værdi. Mængden af ​​strøm, der løber gennem metallet, vil afhænge af potentialforskellen eller spændingen mellem begge terminaler, og der vil ikke være nogen lækage fra den ene terminal til den anden.

Punktkontaktdiode

En punktdiode er en envejs-enhed, der er i stand til at forbedre et RF-signal. Point-Contact kaldes også en non-junction transistor. Den består af to ledninger fastgjort til et halvledermateriale. Når disse ledninger rører hinanden, skabes der et "knibepunkt", hvor elektronerne kan krydse hinanden. Denne type diode bruges især sammen med AM-radioer og andre enheder for at sætte dem i stand til at detektere RF-signaler.

Diode Hanna

Gunn-dioden er en diode bestående af to antiparallelle pn-forbindelser med en asymmetrisk barrierehøjde. Dette resulterer i en kraftig undertrykkelse af strømmen af ​​elektroner i fremadgående retning, mens strømmen stadig løber i den modsatte retning.

Disse enheder bruges almindeligvis som mikrobølgegeneratorer. De blev opfundet omkring 1959 af J. B. Gann og A. S. Newell på Royal Post Office i Storbritannien, hvorfra navnet kommer: "Gann" er en forkortelse af deres navne og "diode", fordi de arbejdede på gasapparater (Newell har tidligere arbejdet ved Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, hvor han arbejdede på halvlederenheder).

Den første storstilede anvendelse af Gunn-dioder var den første generation af britisk militært UHF-radioudstyr, som kom i brug omkring 1965. Militære AM-radioer gjorde også udstrakt brug af Gunn-dioder.

Det karakteristiske ved Gunn-dioden er, at strømmen kun er 10-20% af en konventionel siliciumdiode. Derudover er spændingsfaldet over dioden omkring 25 gange mindre end en konventionel diode, typisk 0 mV ved stuetemperatur i XNUMX.

Video tutorial

Hvad er en diode - Elektronikvejledning for begyndere

Konklusion

Vi håber, du har lært, hvad en diode er. Hvis du er interesseret i at lære mere om, hvordan denne fantastiske komponent fungerer, så tjek vores artikler på diodesiden. Vi stoler på, at du også denne gang vil anvende alt, hvad du har lært.