Što je dioda?

Dioda je elektronička komponenta s dva priključka, ograničava protok struje u jednom smjeru i omogućuje joj da slobodno teče u suprotnom smjeru. Ima mnogo namjena u elektroničkim sklopovima i može se koristiti za izradu ispravljača, pretvarača i generatora.

U ovom ćemo članku uzeti pogled što je dioda i kako radi. Također ćemo pogledati neke od njegovih uobičajenih upotreba u elektroničkim sklopovima. Pa počnimo!

Kako radi dioda?

Dioda je elektronički uređaj koji to omogućuje struja mora teći u jednom smjeru. Obično se nalaze u električnim krugovima. Djeluju na temelju poluvodičkog materijala od kojeg su izrađeni, a koji može biti ili N-tip ili P-tip. Ako je dioda N-tipa, propuštat će struju samo kada se napon primijeni u istom smjeru kao strelica na diodi, dok će diode P-tipa propuštati struju samo kada se napon primijeni u suprotnom smjeru od strelice.

Poluvodički materijal omogućuje protok struje, stvarajućizona iscrpljivanja', ovo je područje u kojem su elektroni zabranjeni. Nakon primjene napona, osiromašena zona doseže oba kraja diode i dopušta struji da teče kroz nju. Ovaj proces se zove "naprijed pristranost".

Ako se napon dovede do obrnuto poluvodički materijal, obrnuti prednapon. To će uzrokovati da se zona iscrpljenosti proteže samo s jednog kraja terminala i zaustaviti protok struje. To je zato što ako bi se napon primijenio duž iste rute kao strelica na poluvodiču P-tipa, poluvodič P-tipa bi se ponašao kao poluvodič N-tipa jer bi omogućio kretanje elektrona u suprotnom smjeru od njegove strelice.

Protok struje diode

Čemu služe diode?

Diode se koriste za Pretvoriti istosmjernu struju u izmjeničnu, dok blokira obrnuto provođenje električnih naboja. Ova glavna komponenta također se može naći u dimerima, električnim motorima i solarnim pločama.

Diode se koriste u računalima za zaštita elektroničke komponente računala od oštećenja uslijed strujnih udara. Oni smanjuju ili blokiraju napon veći od onog koji je potreban stroju. Također smanjuje potrošnju energije računala, štedi energiju i smanjuje toplinu koja se stvara unutar uređaja. Diode se koriste u vrhunskim uređajima kao što su pećnice, perilice posuđa, mikrovalne pećnice i perilice rublja. Koriste se u ovim uređajima za zaštitu od šteta zbog strujnih udara uzrokovanih nestankom struje.

Primjena dioda

• ispravak
• Kao prekidač
• Krug za izolaciju izvora
• Kao referentni napon
• Frekvencijski mikser
• Zaštita od povratne struje
• Zaštita od obrnutog polariteta
• Zaštita od prenapona
• AM detektor ovojnice ili demodulator (diodni detektor)
• Kao izvor svjetla
• U krugu osjetnika pozitivne temperature
• U krugu svjetlosnog senzora
• Solarna baterija ili fotonaponska baterija
• Kao mašinica
• Kao držač

Povijest diode

Riječ "dioda" dolazi od Греческий riječ "diodous" ili "diodos". Svrha diode je omogućiti struji protok samo u jednom smjeru. Dioda se također može nazvati elektroničkim ventilom.

Nađen Henry Joseph Round kroz svoje eksperimente s elektricitetom 1884. Ovi pokusi su izvedeni pomoću vakuumske staklene cijevi unutar koje su se na oba kraja nalazile metalne elektrode. Katoda ima ploču s pozitivnim nabojem, a anoda ima ploču s negativnim nabojem. Kada bi struja prolazila kroz cijev, ona bi zasvijetlila, pokazujući da energija teče kroz krug.

Tko je izumio diodu

Iako je prvu poluvodičku diodu 1906. godine izumio John A. Fleming, pripisuje se Williamu Henryju Priceu i Arthuru Schusteru za neovisno izumljenje uređaja 1907. godine.

William Henry Preece i Arthur Schuster

Vrste dioda

• Mala signalna dioda
• Velika signalna dioda
• Stabiltron
• svjetleća dioda (LED)
• DC diode
• Schottky dioda
• Shockley dioda
• Koračne diode za oporavak
• tunelska dioda
• Varaktorska dioda
• laserska dioda
• Dioda za suzbijanje prijelaznih pojava
• Zlatom dopirane diode
• Diode super barijere
• Peltier dioda
• kristalna dioda
• Lavinska dioda
• Silicijski kontrolirani ispravljač
• Vakuumske diode
• PIN-dioda
• dodirna točka
• Dioda Hanna

Mala signalna dioda

Mala signalna dioda poluvodički je uređaj s mogućnošću brzog prebacivanja i malim padom napona vodljivosti. Pruža visok stupanj zaštite od oštećenja uslijed elektrostatičkog pražnjenja.

Velika signalna dioda

Velika signalna dioda je vrsta diode koja prenosi signale na višoj razini snage od male signalne diode. Velika signalna dioda obično se koristi za pretvaranje AC u DC. Velika signalna dioda prenosit će signal bez gubitka snage i jeftinija je od elektrolitskog kondenzatora.

Kondenzator za odvajanje često se koristi u kombinaciji s diodom velikog signala. Korištenje ovog uređaja utječe na prijelazno vrijeme odziva kruga. Kondenzator za odvajanje pomaže u ograničavanju fluktuacija napona uzrokovanih promjenama impedancije.

Stabiltron

Zener dioda je posebna vrsta koja će provoditi struju samo u području izravnog pada napona. To znači da kada je jedan terminal zener diode pod naponom, to dopušta struji da se kreće od drugog terminala do naponjenog terminala. Važno je da se ovaj uređaj pravilno koristi i da je uzemljen, inače može trajno oštetiti vaš strujni krug. Također je važno da se ovaj uređaj koristi na otvorenom, jer neće uspjeti ako se postavi u vlažnu atmosferu.

Kada se na zener diodu primijeni dovoljna struja, stvara se pad napona. Ako ovaj napon dosegne ili premaši probojni napon stroja, tada dopušta struji da teče iz jednog terminala.

svjetleća dioda (LED)

Svjetleća dioda (LED) izrađena je od poluvodičkog materijala koji emitira svjetlost kada kroz nju prođe dovoljna količina električne struje. Jedno od najvažnijih svojstava LED dioda je da vrlo učinkovito pretvaraju električnu energiju u optičku. LED se također koriste kao svjetlosni indikatori za označavanje ciljeva na elektroničkim uređajima kao što su računala, satovi, radio, televizori itd.

LED je vrhunski primjer razvoja tehnologije mikročipova i omogućio je značajne promjene u području rasvjete. LED diode koriste najmanje dva sloja poluvodiča za generiranje svjetlosti, jedan pn spoj za generiranje nositelja (elektrona i rupa), koji se zatim šalju na suprotne strane sloja "barijere" koji hvata rupe s jedne strane i elektrone s druge strane. . Energija zarobljenih nositelja rekombinira se u "rezonanciji" poznatoj kao elektroluminiscencija.

LED se smatra učinkovitom vrstom rasvjete jer emitira malo topline zajedno sa svojom svjetlošću. Ima duži životni vijek od žarulja sa žarnom niti, koje mogu trajati do 60 puta dulje, imaju veću svjetlosnu snagu i emitiraju manje toksičnih emisija od tradicionalnih fluorescentnih žarulja.

Najveća prednost LED dioda je činjenica da zahtijevaju vrlo malo energije za rad, ovisno o vrsti LED diode. Sada je moguće koristiti LED diode s izvorima napajanja u rasponu od solarnih ćelija do baterija, pa čak i izmjenične struje (AC).

Postoji mnogo različitih vrsta LED dioda i one dolaze u raznim bojama uključujući crvenu, narančastu, žutu, zelenu, plavu, bijelu itd. Danas su LED diode dostupne sa svjetlosnim tokom od 10 do 100 lumena po watu (lm/W), što je gotovo isto kao i konvencionalni izvori svjetlosti.

DC diode

Dioda konstantne struje, ili CCD, vrsta je diode regulatora napona za napajanje. Glavna funkcija CCD-a je smanjiti gubitke izlazne snage i poboljšati stabilizaciju napona smanjenjem njegovih fluktuacija pri promjeni opterećenja. CCD se također može koristiti za podešavanje razina ulazne istosmjerne struje i za kontrolu razina istosmjerne struje na izlaznim tračnicama.

Schottky dioda

Schottky diode se također nazivaju diodama s vrućim nosačem.

Schottky diodu je izumio dr. Walter Schottky 1926. godine. Izum Schottky diode omogućio nam je korištenje LED dioda (svjetleće diode) kao pouzdanih izvora signala.

Dioda ima vrlo povoljan učinak kada se koristi u visokofrekventnim krugovima. Schottky dioda sastoji se uglavnom od tri komponente; P, N i spoj metal-poluvodič. Dizajn ovog uređaja je takav da se unutar čvrstog poluvodiča formira oštar prijelaz. To omogućuje prijenosnicima prijelaz iz poluvodiča u metal. Zauzvrat, ovo pomaže smanjiti napon prema naprijed, što zauzvrat smanjuje gubitke snage i povećava brzinu prebacivanja uređaja koji koriste Schottky diode za vrlo veliku marginu.

Shockley dioda

Shockleyeva dioda je poluvodički uređaj s asimetričnim rasporedom elektroda. Dioda će provoditi struju u jednom smjeru, a mnogo manje ako je polaritet obrnut. Ako se vanjski napon održava preko Shockleyeve diode, tada će se postupno kretati prema naprijed kako se primijenjeni napon povećava, do točke koja se naziva "napon prekida" na kojoj nema značajne struje jer se svi elektroni rekombiniraju s rupama . Izvan graničnog napona na grafičkom prikazu strujno-naponske karakteristike postoji područje negativnog otpora. Shockley će djelovati kao pojačalo s negativnim vrijednostima otpora u ovom rasponu.

Shockleyev rad najbolje se može razumjeti ako ga podijelimo na tri dijela poznata kao regije, struja u obrnutom smjeru odozdo prema gore je 0, 1 i 2 respektivno.

U području 1, kada se primijeni pozitivni napon za prednapon, elektroni difundiraju u poluvodič n-tipa iz materijala p-tipa, gdje se formira "zona osiromašenja" zbog zamjene većinskih nositelja. Zona osiromašenja je područje gdje se uklanjaju nositelji naboja kada se primijeni napon. Osiromašena zona oko pn spoja sprječava protok struje kroz prednji dio jednosmjernog uređaja.

Kada elektroni uđu na n-stranu sa strane p-tipa, formira se "zona osiromašenja" u prijelazu odozdo prema gore sve dok se ne blokira putanja struje šupljine. Rupe koje se kreću odozgo prema dolje rekombiniraju se s elektronima koji se kreću odozdo prema gore. Odnosno, između zona osiromašenja vodljivog pojasa i valentnog pojasa pojavljuje se "zona rekombinacije", koja sprječava daljnji protok glavnih nositelja kroz Shockley diodu.

Protok struje sada kontrolira jedan nositelj, koji je manjinski nositelj, tj. elektroni u ovom slučaju za n-tip poluvodiča i rupe za p-tip materijala. Dakle, možemo reći da ovdje protok struje kontroliraju većinski nositelji (šupljine i elektroni) i protok struje je neovisan o primijenjenom naponu sve dok ima dovoljno slobodnih nositelja za provođenje.

U području 2, elektroni emitirani iz osiromašene zone rekombiniraju se s rupama na drugoj strani i stvaraju nove većinske nositelje (elektrone u materijalu p-tipa za poluvodiče n-tipa). Kada ove rupe uđu u zonu osiromašenja, one završavaju strujni put kroz Shockley diodu.

U području 3, kada se vanjski napon primijeni za obrnuti prednapon, u spoju se pojavljuje područje prostornog naboja ili zona osiromašenja, koja se sastoji od većinskih i manjinskih nositelja. Parovi elektron-šupljina su razdvojeni zbog primjene napona preko njih, što rezultira driftnom strujom kroz Shockley. To uzrokuje protok male količine struje kroz Shockley diodu.

Koračne diode za oporavak

Koračna povratna dioda (SRD) je poluvodički uređaj koji može osigurati fiksno, bezuvjetno stabilno stanje vodljivosti između svoje anode i katode. Prijelaz iz isključenog u uključeno stanje mogu uzrokovati negativni naponski impulsi. Kada je uključen, SRD se ponaša kao savršena dioda. Kada je isključen, SRD je pretežno nevodljiv s određenom količinom struje curenja, ali općenito nedovoljno da uzrokuje značajan gubitak snage u većini primjena.

Donja slika prikazuje valne oblike postupnog oporavka za obje vrste SRD-ova. Gornja krivulja pokazuje vrstu brzog oporavka, koja emitira veliku količinu svjetla kada se isključi. Nasuprot tome, donja krivulja prikazuje diodu ultrabrzog oporavka optimiziranu za rad velike brzine i pokazuje samo zanemarivo vidljivo zračenje tijekom prijelaza s uključivanja na isključivanje.

Za uključivanje SRD-a, anodni napon mora premašiti napon praga stroja (VT). SRD će se isključiti kada je anodni potencijal manji ili jednak potencijalu katode.

tunelska dioda

Tunelska dioda oblik je kvantnog inženjeringa koji uzima dva dijela poluvodiča i spaja jedan dio s drugom stranom okrenutom prema van. Tunelska dioda je jedinstvena po tome što elektroni teku kroz poluvodič umjesto oko njega. Ovo je jedan od glavnih razloga zašto je ova vrsta tehnike tako jedinstvena, jer nijedan drugi oblik prijenosa elektrona do ove točke nije uspio postići takav pothvat. Jedan od razloga zašto su tunelske diode tako popularne je taj što zauzimaju manje prostora od drugih oblika kvantnog inženjeringa i mogu se koristiti u mnogim aplikacijama na mnogim područjima.

Varaktorska dioda

Varaktorska dioda je poluvodič koji se koristi u naponski reguliranom promjenjivom kapacitetu. Varaktorska dioda ima dva priključka, jedan na anodnoj strani PN spoja, a drugi na katodnoj strani PN spoja. Kada primijenite napon na varaktor, on omogućuje stvaranje električnog polja koje mijenja širinu njegovog osiromašenog sloja. To će učinkovito promijeniti njegov kapacitet.

laserska dioda

Laserska dioda je poluvodič koji emitira koherentnu svjetlost, koja se naziva i laserska svjetlost. Laserska dioda emitira usmjerene paralelne svjetlosne zrake s malom divergencijom. To je u suprotnosti s drugim izvorima svjetlosti, kao što su konvencionalne LED diode, čija se emitirana svjetlost značajno razlikuje.

Laserske diode koriste se za optičku pohranu, laserske pisače, skenere barkodova i komunikaciju optičkim vlaknima.

Dioda za suzbijanje prijelaznih pojava

Dioda za suzbijanje prijelaznog napona (TVS) je dioda dizajnirana za zaštitu od prenapona i drugih vrsta prijelaznih pojava. Također je sposoban odvajati napon i struju kako bi spriječio visokonaponske tranzijente da uđu u elektroniku čipa. TVS dioda neće provoditi tijekom normalnog rada, već će provoditi samo tijekom prijelaznog procesa. Tijekom električnog prijelaza, TVS dioda može raditi i s brzim dv/dt skokovima i velikim dv/dt vrhovima. Uređaj se obično nalazi u ulaznim krugovima mikroprocesorskih krugova, gdje obrađuje signale prebacivanja velike brzine.

Zlatom dopirane diode

Zlatne diode mogu se naći u kondenzatorima, ispravljačima i drugim uređajima. Ove se diode uglavnom koriste u elektroničkoj industriji jer im nije potreban veliki napon za provođenje struje. Diode dopirane zlatom mogu biti izrađene od p-tipa ili n-tipa poluvodičkih materijala. Dioda dopirana zlatom učinkovitije provodi elektricitet na visokim temperaturama, posebno u diodama n-tipa.

Zlato nije idealan materijal za dopiranje poluvodiča jer su atomi zlata preveliki da bi lako stali unutar poluvodičkih kristala. To znači da zlato obično ne difundira dobro u poluvodič. Jedan od načina povećanja veličine atoma zlata tako da mogu difuzirati je dodavanje srebra ili indija. Najčešća metoda koja se koristi za dopiranje poluvodiča zlatom je uporaba natrijevog borohidrida, koji pomaže u stvaranju legure zlata i srebra unutar kristala poluvodiča.

Diode dopirane zlatom obično se koriste u visokofrekventnim energetskim aplikacijama. Ove diode pomažu smanjiti napon i struju vraćanjem energije iz povratnog EMF-a unutarnjeg otpora diode. Zlatom dopirane diode koriste se u strojevima kao što su mreže otpornika, laseri i tunelske diode.

Diode super barijere

Super barijerne diode su vrsta dioda koje se mogu koristiti u visokonaponskim aplikacijama. Ove diode imaju nizak prednji napon na visokoj frekvenciji.

Diode sa super barijerom vrlo su svestrane vrste dioda jer mogu raditi u širokom rasponu frekvencija i napona. Uglavnom se koriste u strujnim sklopovima napajanja za sustave distribucije električne energije, ispravljače, pretvarače motornih pogona i napajanja.

Superbarijerna dioda uglavnom se sastoji od silicijevog dioksida s dodatkom bakra. Superbarijerna dioda ima nekoliko mogućnosti dizajna, uključujući planarnu germanijsku superbarijernu diodu, spojnu superbarijernu diodu i izolacijsku superbarijernu diodu.

Peltier dioda

Peltier dioda je poluvodič. Može se koristiti za stvaranje električne struje kao odgovor na toplinsku energiju. Ovaj je uređaj još uvijek nov i još nije u potpunosti shvaćen, ali čini se da bi mogao biti koristan za pretvaranje topline u električnu energiju. Ovo se može koristiti za grijače vode ili čak u automobilima. To bi omogućilo korištenje topline koju stvara motor s unutarnjim izgaranjem, a koja je obično izgubljena energija. To bi također omogućilo motoru da radi učinkovitije, jer ne bi trebao proizvoditi toliko energije (tako da bi koristio manje goriva), već bi umjesto toga Peltierova dioda pretvarala otpadnu toplinu u snagu.

kristalna dioda

Kristalne diode se obično koriste za uskopojasno filtriranje, oscilatore ili naponski kontrolirana pojačala. Kristalna dioda smatra se posebnom primjenom piezoelektričnog učinka. Ovaj proces pomaže u generiranju naponskih i strujnih signala koristeći njihova inherentna svojstva. Kristalne diode također se često kombiniraju s drugim krugovima koji pružaju pojačanje ili druge specijalizirane funkcije.

Lavinska dioda

Lavinska dioda je poluvodič koji stvara lavinu iz jednog elektrona iz vodljivog pojasa u valentni pojas. Koristi se kao ispravljač u strujnim krugovima istosmjerne struje visokog napona, kao detektor infracrvenog zračenja i kao fotonaponski stroj za ultraljubičasto zračenje. Efekt lavine povećava pad napona naprijed na diodi tako da se može učiniti mnogo manjim od napona proboja.

Silicijski kontrolirani ispravljač

Silicijski kontrolirani ispravljač (SCR) je tiristor s tri priključka. Dizajniran je da djeluje kao prekidač u mikrovalnim pećnicama za kontrolu snage. Može se pokrenuti strujom ili naponom, ili oboje, ovisno o postavci izlaza vrata. Kada je pin vrata negativan, dopušta protok struje kroz SCR, a kada je pozitivan, blokira protok struje kroz SCR. Položaj zatika vrata određuje hoće li struja prolaziti ili je blokirana kada je na svom mjestu.

Vakuumske diode

Vakuumske diode su druga vrsta dioda, ali za razliku od drugih vrsta, one se koriste u vakuumskim cijevima za regulaciju struje. Vakuumske diode omogućuju protok struje pri konstantnom naponu, ali također imaju kontrolnu mrežu koja mijenja taj napon. Ovisno o naponu u upravljačkoj mreži, vakuumska dioda dopušta ili zaustavlja struju. Vakuumske diode koriste se kao pojačala i oscilatori u radio prijamnicima i odašiljačima. Oni također služe kao ispravljači koji pretvaraju AC u DC za korištenje od strane električnih uređaja.

PIN-dioda

PIN diode su vrsta dioda s pn spojem. Općenito, PIN-ovi su poluvodiči koji pokazuju mali otpor kada se na njih primijeni napon. Ovaj mali otpor će se povećavati kako primijenjeni napon raste. PIN kodovi imaju napon praga prije nego što postanu vodljivi. Stoga, ako se ne primijeni negativni napon, dioda neće propuštati struju dok ne dosegne tu vrijednost. Količina struje koja teče kroz metal ovisit će o razlici potencijala ili naponu između oba priključka i neće biti curenja s jednog terminala na drugi.

Točkasta kontaktna dioda

Točkasta dioda je jednosmjerni uređaj koji može poboljšati RF signal. Point-Contact se također naziva nespojnim tranzistorom. Sastoji se od dvije žice spojene na poluvodički materijal. Kada se te žice dodirnu, stvara se "točka uklještenja" gdje elektroni mogu prijeći. Ova vrsta diode se posebno koristi s AM radijima i drugim uređajima kako bi im se omogućilo otkrivanje RF signala.

Dioda Hanna

Gunnova dioda je dioda koja se sastoji od dva antiparalelna pn spoja s asimetričnom visinom barijere. To rezultira snažnim potiskivanjem toka elektrona u smjeru naprijed, dok struja i dalje teče u obrnutom smjeru.

Ovi uređaji se obično koriste kao generatori mikrovalova. Izumili su ih oko 1959. J. B. Gann i A. S. Newell u Kraljevskom poštanskom uredu u Velikoj Britaniji, od čega potječe naziv: "Gann" je skraćenica njihovih imena, a "dioda" jer su radili na plinskim uređajima (Newell je prethodno radio na Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, gdje je radio na poluvodičkim uređajima).

Prva velika primjena Gunnovih dioda bila je prva generacija britanske vojne UHF radio opreme, koja je ušla u uporabu oko 1965. godine. Vojni AM radio uređaji također su uvelike koristili Gunnove diode.

Karakteristika Gunnove diode je da je struja samo 10-20% struje konvencionalne silicijske diode. Osim toga, pad napona na diodi je oko 25 puta manji nego na konvencionalnoj diodi, obično 0 mV na sobnoj temperaturi za XNUMX.

Video vodič

Što je dioda - Elektronički vodič za početnike

Zaključak

Nadamo se da ste naučili što je dioda. Ako ste zainteresirani saznati više o tome kako radi ova nevjerojatna komponenta, pogledajte naše članke na stranici dioda. Vjerujemo da ćete i ovaj put primijeniti sve što ste naučili.