Жартылай өткізгіш диодтар электроника мен электроника өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Олар тәуелсіз де, транзисторлардың және басқа да көптеген құрылғылардың p-n-түйінісі ретінде де қолданылады. Диодтар дискретті компонент ретінде көптеген электрондық схемалардың негізгі бөлігі болып табылады. Олар төмен қуатты қолданбалардан түзеткіштерге дейінгі көптеген қолданбаларды табады.
Диод дегеніміз не?
Грек тілінен аударғанда бұл электрондық элементтің атауы сөзбе-сөз «екі терминал» дегенді білдіреді. Олар анод және катод деп аталады. Тізбекте ток анодтан катодқа өтеді. Жартылай өткізгішті диод бір жақты элемент және қарама-қарсы бағыттағы ток ағыны бұғатталған.
Жұмыс принципі
Жартылай өткізгішті диодтардың құрылғысы өте әртүрлі. Бұл олардың номиналды құны бойынша да, атқаратын қызметтері бойынша да ерекшеленетін көптеген түрлерінің болуының себебі. Дегенмен, көп жағдайда негізгі принципжартылай өткізгіш диодтардың жұмысы бірдей. Олардың негізгі функцияларын қамтамасыз ететін p-n өтуі бар.
Бұл термин әдетте диодтың стандартты пішініне қатысты қолданылады. Іс жүзінде бұл олардың кез келген түріне дерлік қатысты. Диодтар заманауи электроника өнеркәсібінің негізін құрайды. Барлығы – қарапайым элементтер мен транзисторлардан бастап қазіргі микропроцессорларға дейін – жартылай өткізгіштерге негізделген. Жартылай өткізгіш диодтың жұмыс істеу принципі жартылай өткізгіштердің қасиеттеріне негізделген. Технология материалдар тобына негізделген, олардың кристалдық торына қоспаларды енгізу тесіктер мен электрондар заряд тасымалдаушы болып табылатын аймақтарды алуға мүмкіндік береді.
P-n-тұйықталу
P-n-типті диод өз атауын алды, себебі ол ток тек бір бағытта ағуға мүмкіндік беретін p-n өтуін пайдаланады. Элементтің басқа да қасиеттері бар, олар да кеңінен қолданылады. Жартылай өткізгіш диодтар, мысалы, жарық шығарып, анықтай алады, сыйымдылықты өзгертеді және кернеуді реттей алады.
P-n-өткізу – негізгі жартылай өткізгіш құрылым. Атауынан көрініп тұрғандай, бұл p- және n-типті аймақтар арасындағы түйіспе. Өту заряд тасушыларға тек бір бағытта қозғалуға мүмкіндік береді, бұл, мысалы, айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіруге мүмкіндік береді.
Стандартты диодтар әдетте кремнийден жасалады, дегенмен германий және басқа да жартылай өткізгіш материалдар негізінен арнайы мақсаттарда қолданылады.
Вольт-ампер сипаттамасы
Диод ток-кернеу қисығымен сипатталады, оны 2 тармаққа бөлуге болады: тура және кері. Қарама-қарсы бағытта ағып кету тогы 0-ге жақын, бірақ кернеудің жоғарылауымен ол баяу өседі және бұзылу кернеуіне жеткенде ол күрт өсе бастайды. Алдыңғы бағытта ток өткізгіштік шегінен жоғары қолданылатын кернеумен тез көтеріледі, кремний диодтары үшін 0,7 В және германий үшін 0,4 В. Әртүрлі материалдарды пайдаланатын ұяшықтардың әртүрлі вольт-амперлік сипаттамалары мен өткізгіштік шегі мен бұзылу кернеулері болады.
p-n-өткізу диодын негізгі деңгейдегі құрылғы ретінде қарастыруға болады. Ол сигнал тізбектері мен детекторлардан бастап индукциялық немесе релелік катушкалардағы және жоғары қуатты түзеткіштердегі шектегіштерге немесе өтпелі сөндіргіштерге дейінгі көптеген қолданбаларда кеңінен қолданылады.
Мүмкіндіктер мен параметрлер
Диод спецификациялары көп деректерді береді. Дегенмен, олардың не екенін нақты түсіндіру әрқашан қол жетімді емес. Төменде спецификацияда берілген диодтың әртүрлі сипаттамалары мен параметрлері туралы мәліметтер берілген.
Жартылай өткізгіш материал
P-n өткелдерінде қолданылатын материал өте маңызды, өйткені ол жартылай өткізгіш диодтардың көптеген негізгі сипаттамаларына әсер етеді. Кремний ең көп қолданылады, себебі оның тиімділігі жоғары және өндіріс шығындары төмен. Тағы бір жиі қолданылатынэлемент - германий. Басқа материалдар әдетте арнайы мақсаттағы диодтарда қолданылады. Жартылай өткізгіш материалды таңдау маңызды, себебі ол өткізгіштік шегін анықтайды – кремний үшін шамамен 0,6 В және германий үшін 0,3 В.
Тұрақты ток режиміндегі кернеудің төмендеуі (U пр.)
Ток өтетін кез келген электр тізбегі кернеудің төмендеуін тудырады және жартылай өткізгіш диодтың бұл параметрі әсіресе қуат жоғалтулары U ave пропорционалды болған кезде түзету үшін үлкен маңызға ие. Сонымен қатар, электрондық компоненттер жиі қажет кернеудің шамалы төмендеуін қамтамасыз етіңіз, себебі сигналдар әлсіз болуы мүмкін, бірақ олар әлі де оны жеңу керек.
Бұл екі себепке байланысты болады. Біріншісі p-n өткелінің табиғатында жатыр және токтың сарқылу қабатынан өтуіне мүмкіндік беретін өткізгіштік шекті кернеудің нәтижесі болып табылады. Екінші компонент - қалыпты резистивті жоғалту.
Индикатор үлкен ток өткізе алатын түзеткіш диодтар үшін үлкен маңызға ие.
Шың кері кернеу (U аралығы. макс)
Бұл жартылай өткізгіш диод төтеп бере алатын ең жоғары кері кернеу. Оны асырмау керек, әйтпесе элемент істен шығуы мүмкін. Бұл кіріс сигналының RMS кернеуі ғана емес. Әрбір тізбекті оның артықшылықтарын қарастыру керек, бірақ тегістейтін конденсаторы бар қарапайым жалғыз жарты толқынды түзеткіш үшін конденсатор кіріс шыңына тең кернеуді ұстайтынын есте сақтаңыз.сигнал. Содан кейін диод кері бағытта кіріс сигналының шыңына ұшырайды, сондықтан бұл жағдайларда толқынның ең жоғары мәніне тең максималды кері кернеу болады.
Максималды алға ток (U пр. макс)
Электр тізбегін құрастырған кезде, диодтың максималды ток деңгейлері асып кетпеуіне көз жеткізіңіз. Ток күшейген сайын қосымша жылу пайда болады, оны алып тастау керек.
Ағып кету тогы (I кіріс)
Идеал диодта кері ток болмауы керек. Бірақ нақты p-n өткелдерінде ол жартылай өткізгіште азшылық заряд тасымалдаушылардың болуына байланысты. Ағып кету тогының мөлшері үш факторға байланысты. Олардың ішіндегі ең маңыздысы кері кернеу екені анық. Сондай-ақ, ағып кету тогы температураға байланысты - оның өсуімен ол айтарлықтай артады. Сонымен қатар, ол жартылай өткізгіш материалдың түріне өте тәуелді. Осыған байланысты кремний германийден әлдеқайда жақсы.
Ағып кету тогы белгілі бір кері кернеуде және белгілі бір температурада анықталады. Ол әдетте микроамперде (ΜA) немесе пикоамперде (pA) көрсетіледі.
Өтпелі сыйымдылық
Барлық жартылай өткізгіш диодтардың түйіспе сыйымдылығы бар. Таусылу аймағы - сарқылу аймағының шетінде пайда болатын екі пластиналар арасындағы диэлектрлік тосқауыл және заряд тасымалдаушылардың көпшілігі бар аймақ. Нақты сыйымдылық мәні ауысу аймағының өзгеруіне әкелетін кері кернеуге байланысты. Оның ұлғаюы сарқылу аймағын кеңейтеді және, тиісінше,сыйымдылығын төмендетеді. Бұл факт варакторларда немесе варикаптарда пайдаланылады, бірақ басқа қолданбалар үшін, әсіресе РЖ қолданбалары үшін бұл әсерді барынша азайту керек. Параметр әдетте берілген кернеуде pF-де көрсетіледі. Көптеген РЖ қолданбалары үшін арнайы төмен кедергісі бар диодтар бар.
Іс түрі
Тағайындалуына байланысты жартылай өткізгіш диодтар әртүрлі типтегі және пішіндегі пакеттерде шығарылады. Кейбір жағдайларда, әсіресе сигналдарды өңдеу схемаларында пайдаланылған кезде, пакет сол электрондық элементтің жалпы сипаттамаларын анықтауда негізгі элемент болып табылады. Жылудың таралуы маңызды болатын қуат тізбектерінде пакет диодтың көптеген жалпы параметрлерін анықтай алады. Қуаттылығы жоғары құрылғыларды радиаторға қосу мүмкіндігі болуы керек. Кішігірім заттарды қорғасын қаптамаларында немесе үстіңгі орнату құрылғылары ретінде жасауға болады.
Диод түрлері
Кейде жартылай өткізгіш диодтардың классификациясымен танысу пайдалы. Дегенмен, кейбір элементтер бірнеше санатқа жатады.
кері диод. Ол соншалықты кең қолданылмаса да, бұл өз әрекетінде туннельге өте ұқсас p-n-типті элементтің бір түрі. Төмен күйдегі кернеудің төмендеуімен ерекшеленеді. Детекторларда, түзеткіштерде және жоғары жиілікті қосқыштарда пайдалануды табады.
Инъекциялық транзиттік диод. Оның көп таралған қар көшкінімен ұшатын ұқсастықтары бар. Микротолқынды генераторлар мен дабыл жүйелерінде қолданылады.
Диодты Ганн. Ол p-n-типіне жатпайды, бірақ екі терминалы бар жартылай өткізгіш құрылғы. Ол әдетте 1-100 ГГц диапазонында микротолқынды сигналдарды жасау және түрлендіру үшін қолданылады.
Жарық шығаратын немесе жарық диоды - электрондық компоненттердің ең танымал түрлерінің бірі. Алға ығысуда түйіспе арқылы өтетін ток жарықтың шығуын тудырады. Олар құрама жартылай өткізгіштерді (мысалы, галлий арсениді, галлий фосфиді, индий фосфиді) пайдаланады және олар бастапқыда тек қызыл түспен шектелгенімен, әртүрлі түстерде жарқырайды. Дисплейлердің қызметі мен жасалу жолын өзгертетін көптеген жаңа әзірлемелер бар, мысалы, OLED.
Фотодиод. Жарықты анықтау үшін қолданылады. Фотон p-n өткеліне соғылған кезде электрондар мен тесіктер жасай алады. Фотодиодтар әдетте кері ығысу жағдайында жұмыс істейді, бұл жерде тіпті жарық тудыратын шағын токтарды оңай анықтауға болады. Фотодиодтар электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Кейде пин тәрізді элементтер фотодетекторлар ретінде пайдаланылады.
Пиндиод. Электрондық элементтің атауы жартылай өткізгіш диодтың құрылғысын жақсы сипаттайды. Оның стандартты p- және n-типті аймақтары бар, бірақ олардың арасында қоспалары жоқ ішкі аймақ бар. Оның сарқылу аймағының ауданын ұлғайту әсері бар, ол ауысу үшін пайдалы болуы мүмкін, сонымен қатар фотодиодтарда және т.б.
Стандартты p-n-өтініш қалыпты деп санауға боладынемесе қазіргі кезде қолданылатын диодтың стандартты түрі. Оларды RF немесе басқа төмен вольтты қолданбаларда, сондай-ақ жоғары вольтты және жоғары қуатты түзеткіштерде пайдалануға болады.
Шотки диодтары. Олар стандартты p-n-типті кремний жартылай өткізгіштерге қарағанда алға кернеудің төмендеуіне ие. Төмен токтарда ол кремний диодтары сияқты 0,6 В емес, 0,15-тен 0,4 В-қа дейін болуы мүмкін. Мұны істеу үшін олар әдеттегідей жасалмайды - олар металл-жартылай өткізгіш контактіні пайдаланады. Олар шектегіштер, түзеткіштер және радиожабдықта кеңінен қолданылады.
Заряд жинақталған диод. Бұл өте жоғары жиіліктерде импульстарды генерациялау және пішіндеу үшін қолданылатын микротолқынды диодтың бір түрі. Оның жұмысы өте жылдам өшіру сипаттамасына негізделген.
Лазерлік диод. Оның кәдімгі сәуле шығарудан ерекшеленеді, өйткені ол когерентті жарық шығарады. Лазерлік диодтар DVD және CD дискілерінен лазерлік көрсеткіштерге дейін көптеген құрылғыларда қолданылады. Олар лазердің басқа түрлеріне қарағанда әлдеқайда арзан, бірақ жарықдиодты шамдарға қарағанда айтарлықтай қымбат. Олардың қызмет ету мерзімі шектеулі.
Туннельдік диоды. Ол бүгінде кеңінен қолданылмаса да, ол бұрын күшейткіштерде, осцилляторларда және коммутациялық құрылғыларда, осциллографтың уақыттық схемаларында басқа элементтерге қарағанда тиімдірек болған кезде қолданылған.
Варактор немесе варикап. Көптеген RF құрылғыларында қолданылады. Бұл диод үшін кері ығысу қолданылған кернеуге байланысты сарқылу қабатының енін өзгертеді. Бұл конфигурациядаоқшаулағыш диэлектрик ретінде әрекет ететін сарқылу аймағы бар конденсатор ретінде әрекет етеді және өткізгіш аймақтардан құралған пластиналар. Кернеумен басқарылатын осцилляторлар мен радиожиілік сүзгілерде қолданылады.
Центр диоды. Бұл диодтың өте пайдалы түрі, себебі ол тұрақты анықтамалық кернеуді қамтамасыз етеді. Осыған байланысты стабилдік диод үлкен көлемде қолданылады. Ол кері ығысу жағдайында жұмыс істейді және белгілі бір потенциалдар айырмашылығына жеткенде бұзады. Егер ток резистормен шектелсе, онда бұл тұрақты кернеуді қамтамасыз етеді. Қуат көздерін тұрақтандыру үшін кеңінен қолданылады. Стабилитрондарда кері бұзылудың 2 түрі бар: стабилдік ыдырау және соққы ионизациясы.
Осылайша, жартылай өткізгіш диодтардың әртүрлі түрлеріне төмен қуат пен жоғары қуатты қолданбаларға арналған, жарық шығаратын және анықтайтын, кернеудің төмен түсуі және айнымалы сыйымдылығы бар элементтер кіреді. Бұған қоса, микротолқынды пеш технологиясында қолданылатын бірқатар сорттар бар.
