Halvlederenheder blev brugt i radioteknik selv før opfindelsen af ​​vakuumrør. Opfinderen af ​​radioen, A. S. Popov, brugte først en koherer (et glasrør med metalspåner) og derefter kontakt af en stålnål med en kulelektrode til at detektere elektromagnetiske bølger.

Dette var den første halvleder diode— detektor. Senere blev detektorer skabt ved hjælp af naturlige og kunstige krystallinske halvledere (galena, zincit, chalcopyrit osv.).

En sådan detektor bestod af en halvlederkrystal loddet ind i en holderkop og en stål- eller wolframfjeder med en spids ende (fig. 1). Placeringen af ​​spidsen på krystallen blev fundet eksperimentelt, hvilket opnåede den højeste lydstyrke af radiostationens transmission.

Ris. 1. Halvlederdiode - detektor.

I 1922 opdagede O. V. Losev, en ansat ved Nizhny Novgorod Radio Laboratory, et bemærkelsesværdigt fænomen: en krystaldetektor, viser det sig, kan generere og forstærke elektriske svingninger.

Dette var en rigtig sensation, men manglen på videnskabelig viden og manglen på det nødvendige eksperimentelle udstyr tillod ikke på det tidspunkt at udforske essensen af ​​de processer, der foregår i en halvleder, og at skabe halvlederenheder, der var i stand til at konkurrere med et elektronrør. .

Halvleder diode

Halvleder dioder betegnet med et symbol, der har været bevaret i generelle vendinger siden de første radioers dage (fig. 2.6).

Ris. 2. Betegnelse og opbygning af en halvlederdiode.

Toppen af ​​trekanten i dette symbol angiver retningen af ​​størst ledningsevne (trekanten symboliserer diodens anode, og den korte linje vinkelret på blylinierne er dens katode).

Det samme symbol betegner halvlederensrettere, der f.eks. består af flere dioder forbundet i serie, parallelt eller blandet (ensrettersøjler osv.).

Diode broer

Broensrettere bruges ofte til at drive radioudstyr. Omridset af det samme diodeforbindelsesdiagram (en firkant, hvis sider er dannet af diodesymboler) er længe blevet almindeligt accepteret, derfor begyndte et forenklet symbol at blive brugt for at betegne sådanne ensrettere - en firkant med symbolet en diode indeni (fig. 3).

Ris. 3. Betegnelse af diodebroen.

Afhængigt af værdien af ​​den ensrettede spænding kan hver broarm bestå af en, to eller flere dioder. Polariteten af ​​den ensrettede spænding er ikke angivet på diagrammerne, da den tydeligt er bestemt af diodesymbolet inde i firkanten.

Broer er strukturelt kombineret i et hus og er afbildet separat, hvilket viser, at de hører til ét produkt i en positionsbetegnelse. Ved siden af ​​positionsbetegnelsen for dioder, som alle andre halvlederenheder, er deres type normalt angivet.

Ud fra diodesymbolet bygges symboler for halvlederdioder med specielle egenskaber. For at opnå det ønskede symbol bruges specialtegn, enten på selve grundsymbolet eller i umiddelbar nærhed af det, og for at fokusere opmærksomheden på nogle af dem placeres grundsymbolet i en cirkel - et symbol for kroppen af en halvlederenhed.

Tunnel dioder

Et skilt, der ligner en lige beslag, angiver katoden af ​​tunneldioder (fig. 4a). De er lavet af halvledermaterialer med et meget højt urenhedsindhold, som et resultat af hvilket halvlederen bliver til et halvmetal. På grund af den usædvanlige form af strømspændingskarakteristikken (den har en sektion med negativ modstand), bruges tunneldioder til at forstærke og generere elektriske signaler og i omskiftningsenheder. En vigtig fordel ved disse dioder er, at de kan fungere ved meget høje frekvenser.

Ris. 4. Tunneldiode og dens betegnelse.

En type tunneldioder er omvendte dioder, hvor ved en lav spænding ved pn-overgangen er ledningsevnen i den modsatte retning større end i den fremadgående retning.

Sådanne dioder bruges i omvendt forbindelse. I symbolet for en omvendt diode er katodestregen afbildet med to streger, der berører den med deres midte (fig. 4.6).

Zener dioder

Halvleder-zenerdioder, som også fungerer på den omvendte gren af ​​strømspændingskarakteristikken, har vundet en stærk plads i strømforsyninger, især lavspændings.

Disse er plane siliciumdioder lavet ved hjælp af speciel teknologi. Når de tændes i den modsatte retning og ved en bestemt spænding, "bryder krydset igennem", og efterfølgende, på trods af stigningen i strømmen gennem krydset, forbliver spændingen over det næsten uændret.

Ris. 5. Zenerdiode og dens betegnelse på diagrammerne.

Takket være denne egenskab bruges zenerdioder i vid udstrækning som uafhængige stabiliserende elementer såvel som kilder til referencespændinger i transistorstabilisatorer.

For at opnå små referencespændinger tændes zenerdioderne i fremadgående retning, med stabiliseringsspændingen for én zenerdiode lig med 0,7... 0,8 V. De samme resultater opnås, når konventionelle siliciumdioder tændes i fremadgående retning. .

For at stabilisere lave spændinger er der udviklet specielle halvlederdioder - stabistorer - og er meget brugt. Deres forskel fra zenerdioder er, at de fungerer på den direkte gren af ​​strøm-spændingskarakteristikken, dvs. når de tændes i fremadgående (ledende) retning.

For at vise en zenerdiode i diagrammet suppleres grundsymbolets katodestreg med en kort streg rettet mod anodesymbolet (fig. 5a). Det skal bemærkes, at placeringen af ​​slaget i forhold til anodesymbolet bør være uændret uanset placeringen af ​​zenerdiodesymbolet på diagrammet.

Dette gælder fuldt ud symbolet på en to-anode (dobbeltsidet) zenerdiode (fig. 5.6), som kan forbindes til et elektrisk kredsløb i enhver retning (faktisk er disse to identiske zenerdioder forbundet ryg mod ryg). .

Varicaps

En elektron-hul forbindelse, hvortil der påføres en omvendt spænding, har egenskaberne som en kondensator. I dette tilfælde spilles dielektrikumets rolle af selve pn-krydset, hvor der er få gratis ladningsbærere, og pladernes rolle spilles af de tilstødende lag af halvlederen med elektriske ladninger af forskellige tegn - elektroner og huller. Ved at ændre spændingen på pn-forbindelsen kan du ændre dens tykkelse og dermed kapacitansen mellem lagene i halvlederen.

Ris. 6. Varicaps og deres betegnelse på kredsløbsdiagrammer.

Dette fænomen bruges i specielle halvlederenheder - varicapah[fra engelske ord vari(standig) - variabel og kasket(acitor) - kondensator]. Varicaps bruges i vid udstrækning til tuning af oscillatoriske kredsløb, i automatiske frekvensstyringsenheder og også som frekvensmodulatorer i forskellige generatorer.

Den konventionelle grafiske betegnelse af en varicap (se fig. 6, a) afspejler klart deres essens: parallelle linjer i bunden opfattes som et symbol på en kondensator. Kick og variable kondensatorer, varicaps er ofte lavet i form af blokke (de kaldes matricer) med en fælles katode og separate anoder. For eksempel i fig. 6.6 viser betegnelsen af ​​en matrix af to varicaps, og fig. 6,c - ud af tre.

Thyristorer

Baseret på diodens grundlæggende symbol, betinget tyristorbetegnelser(fra græsk Thyra– dør og engelsk (resi) stor- modstand). Det er dioder, som er vekslende lag af silicium med elektrisk ledningsevne typerne p og p. Der er fire sådanne lag i en tyristor, dvs. den har tre pn-forbindelser (pppp-struktur).

Thyristorer har fundet bred anvendelse i forskellige vekselspændingsregulatorer, afspændingsgeneratorer, omskiftningsenheder osv.

Ris. 7. Thyristor og dens betegnelse på kredsløbsdiagrammer.

Thyristorer med kun ledninger fra de ydre lag af strukturen kaldes dynistorimn og er betegnet med et diodesymbol overstreget af et linjestykke parallelt med katodelinjen (figur 7, a). Den samme teknik blev brugt til at konstruere betegnelsen for en symmetrisk dinistor (fig. 7, b), der leder strøm (efter tænding) i begge retninger.

Tyristorer med en ekstra (tredje) udgang (fra et af de indre lag af strukturen) kaldes tyristorer. Kontrol langs katoden i betegnelsen for disse enheder er vist ved en brudt linje fastgjort til katodesymbolet (fig. 7, c), langs anoden - af en linje, der strækker sig over en af ​​siderne af trekanten, der symboliserer anoden (fig. 7, d).

Symbolet for en symmetrisk (tovejs) triistor fås fra symbolet for en symmetrisk dinistor ved at tilføje en tredje terminal (fig. 7, (5).

Fotodioder

Hoveddel fotodiode er et kryds, der fungerer under omvendt bias. Dens krop har et vindue, hvorigennem halvlederkrystallen er oplyst. I mangel af lys er strømmen gennem pn-forbindelsen meget lille - den overstiger ikke den omvendte strøm af en konventionel diode.

Ris. 8. Fotodioder og deres repræsentation på diagrammer.

Når krystallen er oplyst, falder den omvendte modstand af krydset kraftigt, og strømmen gennem den øges. For at vise en sådan halvlederdiode i et diagram er diodens grundlæggende symbol placeret i en cirkel, og ved siden af ​​(øverst til venstre, uanset symbolets position) er tegnet på den fotoelektriske effekt afbildet - to skrå parallelle pile rettet mod symbolet (fig. 8a).

På lignende måde er det ikke svært at konstruere et symbol for enhver anden halvlederenhed, der ændrer dens egenskaber under påvirkning af optisk stråling. Som et eksempel i fig. 8.6 viser betegnelsen for fotodinistoren.

LED'er og LED-indikatorer

Halvlederdioder, der udsender lys, når strømmen passerer gennem et pn-kryds, kaldes LED'er. Sådanne dioder tændes i fremadgående retning. Det konventionelle grafiske symbol på en LED ligner fotodiodesymbolet og adskiller sig fra det ved, at pilene, der angiver optisk stråling, er placeret til højre for cirklen og rettet i den modsatte retning (fig. 9).

Ris. 9. LED'er og deres repræsentation på diagrammer.

Til at vise tal, bogstaver og andre tegn i lavspændingsudstyr bruges ofte LED-tegnindikatorer, som er sæt lysemitterende krystaller arrangeret på en bestemt måde og fyldt med gennemsigtig plast.

ESKD-standarder giver ikke symboler for sådanne produkter, men i praksis bruger de ofte symboler, der ligner dem, der er vist i fig. 10 (syv-segment indikatorsymbol til visning af tal og et komma).

Ris. 10. Udpegning af LED-segmentindikatorer.

Som du kan se, afspejler en sådan grafisk betegnelse klart den faktiske placering af de lysemitterende elementer (segmenter) i indikatoren, selvom den ikke er uden en ulempe: den bærer ikke information om polariteten af ​​inklusion af indikatorterminalerne i det elektriske kredsløb (indikatorer produceres både med en anodeterminal fælles for alle segmenter og og med en fælles katodeterminal).

Dette forårsager dog normalt ikke særlige vanskeligheder, da forbindelsen af ​​indikatorens fælles udgang (såvel som mikrokredsløbene) er angivet i diagrammet.

Optokoblere

Lysemitterende krystaller er meget udbredt i optokoblere - specielle enheder, der bruges til at forbinde individuelle dele af elektroniske enheder i tilfælde, hvor deres galvaniske isolering er nødvendig. I diagrammerne er optokoblere afbildet som vist i fig. elleve.

Den optiske forbindelse mellem lysemitteren (LED) og fotodetektoren er vist med to parallelle pile vinkelret på optokoblerens ledningslinjer. Fotodetektoren i en optokobler kan ikke kun være en fotodiode (fig. 11,a), men også en fotomodstand (fig. 11,6), fotodinistor (fig. 11,c) osv. Den gensidige orientering af symbolerne for emitter og fotodetektor er ikke reguleret.

Ris. 11. Betegnelse for optokoblere (optokoblere).

Om nødvendigt kan komponenterne i optokobleren afbildes separat, men i dette tilfælde skal det optiske forbindelsesskilt erstattes med tegnene på optisk stråling og fotoelektrisk effekt, og delens tilhørsforhold til optokobleren skal vises i positionen betegnelse (fig. 11, d).

Litteratur: V.V. Frolov, Sprog af radiokredsløb, Moskva, 1998.

Allerede i begyndelsen af ​​radioteknik var det første aktive element et vakuumrør. Men allerede i tyverne af det sidste århundrede dukkede de første enheder, der var tilgængelige til gentagelse af radioamatører, op og blev meget populære. Disse er detektormodtagere. Desuden blev de produceret i industriel skala, var billige og modtog to eller tre indenlandske radiostationer, der opererede i mellem- og langbølgebåndene.

Det var i detektormodtagere, at den enkleste halvlederenhed først blev brugt, som oprindeligt blev kaldt en detektor og først senere fik sit moderne navn - en diode.

En diode er en enhed, der kun består af to lag af halvleder. Dette er lag "p" - positiv og lag "n" - negativ. Ved grænsen af ​​to halvlederlag, " p-n” overgang. Anoden er "p"-området, og katoden er "n"-området. Enhver diode er kun i stand til at lede strøm fra anoden til katoden. På de skematiske diagrammer er det angivet som følger.

Hvordan fungerer en halvlederdiode?

I en "n" type halvleder er der frie elektroner, partikler med et minustegn, og i en "p" type halvleder er der ioner med en positiv ladning, de kaldes normalt "huller". Lad os forbinde dioden til strømkilden i omvendt forbindelse, det vil sige, vi vil anvende et minus til anoden og et plus til katoden. Tiltrækning opstår mellem ladninger med forskellige polariteter, og positivt ladede ioner trækkes til minus, og negative elektroner driver til strømkildens plus. I et "p-n" kryds er der ingen ladningsbærere, og der er ingen bevægelse af elektroner. Ingen bevægelse af elektroner - ingen elektrisk strøm. Dioden er lukket.

Når dioden tændes direkte, sker den omvendte proces. Som et resultat af frastødningen af ​​unipolære ladninger er alle bærere grupperet i overgangszonen mellem to halvlederstrukturer. Et elektrisk overgangsfelt og rekombination af elektroner og huller opstår mellem partiklerne. Elektrisk strøm begynder at strømme gennem p-n krydset. Selve processen kaldes "elektron-hul-ledning." I dette tilfælde er dioden åben.

Et helt naturligt spørgsmål opstår: hvordan kan strukturer med forskellige egenskaber opnås fra et halvledermateriale, det vil sige en halvleder af "n" type og en halvleder af "p" type. Dette kan opnås ved hjælp af en elektrokemisk proces kaldet doping, det vil sige at indføre urenheder af andre metaller i halvlederen, som giver den ønskede type ledningsevne. Der er hovedsageligt tre halvledere, der bruges i elektronik. Det her germanium (Ge), silicium (Si) Og galliumarsenid (GaAs). Silicium er selvfølgelig mest udbredt, da dets reserver i jordskorpen er virkelig enorme, så prisen på siliciumbaserede halvlederenheder er meget lave.

Ved tilsætning af en ubetydelig mængde arsen til siliciumsmelten ( Som) vi får en halvleder " n”-type og doping af silicium med det sjældne jordarters grundstof indium ( I), får vi en halvleder " s" type. Der er mange tilsætningsstoffer til doping af halvledermaterialer. For eksempel øger indførelsen af ​​guldatomer i strukturen af ​​en halvleder ydeevnen af ​​dioder, transistorer og integrerede kredsløb, og tilføjelsen af ​​et lille antal forskellige urenheder i en galliumarsenidkrystal bestemmer farven på LED'en.

Typer af dioder og deres omfang.

Familien af ​​halvlederdioder er meget stor. Udadtil er de meget ens, med undtagelse af nogle grupper, der adskiller sig strukturelt og på en række parametre. De mest almindelige modifikationer af halvlederdioder er:

Det er også værd at bemærke, at hver type diode har undergrupper. For eksempel er der blandt ensrettere også ultrahurtige dioder. Kan kaldes som Ultrahurtig ensretter , HyperFast Rectifier og så videre. Eksempel - Ultrahurtig lavt udfaldsdiode STTH6003TV/CW(analog VS-60CPH03). Dette er en højt specialiseret diode, som f.eks. bruges i svejsemaskiner af invertertypen. Schottky-dioder er hurtige, men kan ikke modstå høje omvendte spændinger, så der bruges i stedet ultrahurtige ensretterdioder, som kan modstå høje omvendte spændinger og store fremadgående strømme. Desuden er deres ydeevne sammenlignelig med Schottky dioder.

Parametre for halvlederdioder.

Halvlederdioder har mange parametre, og de bestemmes af den funktion, de udfører i en bestemt enhed. For eksempel i dioder, der genererer mikrobølgeoscillationer, er en meget vigtig parameter driftsfrekvensen såvel som afskæringsfrekvensen, hvor genereringen mislykkes. Men for ensretterdioder er denne parameter fuldstændig ligegyldig.

I koblings- og koblingsdioder er koblingshastigheden og genoprettelsestiden, det vil sige hastigheden af ​​fuld åbning og fuld lukning, vigtige. I højeffekt-effektdioder er effekttab vigtig. For at gøre dette er de monteret på specielle radiatorer. Men dioder, der fungerer i svagstrømsenheder, behøver ingen radiatorer.

Men der er parametre, der anses for vigtige for alle typer dioder, vi lister dem:

U ave. – tilladt spænding på dioden, når der går strøm gennem den i fremadgående retning. Du bør ikke overskride denne spænding, da dette vil føre til dens skade.

U arr. – tilladt spænding på dioden i lukket tilstand. Det kaldes også nedbrydningsspænding. I lukket tilstand, når der ikke løber nogen strøm gennem p-n-forbindelsen, dannes en omvendt spænding ved terminalerne. Hvis den overskrider den tilladte værdi, vil dette føre til et fysisk "nedbrud" af pn-krydset. Som et resultat vil dioden blive til en almindelig leder (udbrændt).

Schottky-dioder er meget følsomme over for overskydende omvendt spænding, som meget ofte fejler af denne grund. Konventionelle dioder, for eksempel siliciumensrettere, er mere modstandsdygtige over for overskydende omvendt spænding. Når den er lidt overskredet, skifter de til tilstanden reversibel nedbrydning. Hvis diodekrystallen ikke har tid til at overophedes på grund af overdreven varmeudvikling, kan produktet fungere i lang tid.

jeg ave. – fremadgående strøm af dioden. Dette er en meget vigtig parameter, der skal tages i betragtning ved udskiftning af dioder med analoger eller ved design af hjemmelavede enheder. Størrelsen af ​​den fremadgående strøm for forskellige modifikationer kan nå op på tiere og hundreder af ampere. Særligt kraftige dioder er installeret på radiatoren for at fjerne varme, som dannes på grund af strømmens termiske effekt. P-N krydset i direkte forbindelse har også lav modstand. Ved små driftsstrømme er dens virkning ikke mærkbar, men ved strømme på nogle få til titusinder af ampere opvarmes diodekrystallen mærkbart. For eksempel skal en ensretterdiodebro i en inverter-svejsemaskine installeres på en radiator.

jeg arr. – diode omvendt strøm. Omvendt strøm er den såkaldte minoritetsbærerstrøm. Den dannes, når dioden lukkes. Mængden af ​​omvendt strøm er meget lille og i langt de fleste tilfælde tages der ikke højde for den.

U stabil – stabiliseringsspænding (til zenerdioder). Læs mere om denne parameter i artiklen om zenerdiode.

Derudover skal det huskes, at alle disse parametre i den tekniske litteratur er trykt med " max" Den maksimalt tilladte værdi af denne parameter er angivet her. Derfor skal du, når du vælger type diode til dit design, regne med de maksimalt tilladte værdier.

En diode er en af ​​de typer enheder, der er designet på halvlederbasis. Den har en p-n-forbindelse samt anode- og katodeterminaler. I de fleste tilfælde er den designet til modulering, ensretning, konvertering og andre handlinger med indkommende elektriske signaler.

Funktionsprincip:

1. Elektricitet virker på katoden, varmelegemet begynder at lyse, og elektroden begynder at udsende elektroner.
2. Mellem to elektroder der dannes et elektrisk felt.
3. Hvis anoden har et positivt potentiale, så begynder det at tiltrække elektroner til sig selv, og det resulterende felt er en katalysator for denne proces. I dette tilfælde genereres en emissionsstrøm.
4. Mellem elektroder der dannes en negativ rumladning, der kan forstyrre elektronernes bevægelse. Dette sker, hvis anodepotentialet er for svagt. I dette tilfælde er nogle af elektronerne ude af stand til at overvinde indflydelsen af ​​den negative ladning, og de begynder at bevæge sig i den modsatte retning og vender tilbage til katoden igen.
5. Alle elektroner, som nåede anoden og ikke vendte tilbage til katoden, bestemme parametrene for katodestrømmen. Derfor afhænger denne indikator direkte af det positive anodepotentiale.
6. Flow af alle elektroner, som var i stand til at komme til anoden, kaldes anodestrømmen, hvis indikatorer i dioden altid svarer til parametrene for katodestrømmen. Nogle gange kan begge indikatorer være nul; dette sker i situationer, hvor anoden har en negativ ladning. I dette tilfælde accelererer feltet, der opstår mellem elektroderne, ikke partiklerne, men sænker dem tværtimod og returnerer dem til katoden. Dioden i dette tilfælde forbliver i en låst tilstand, hvilket fører til et åbent kredsløb.

Enhed

Nedenfor er en detaljeret beskrivelse af diodestrukturen; at studere denne information er nødvendig for yderligere forståelse af principperne for driften af ​​disse elementer:

1. Ramme er en vakuumcylinder, der kan være lavet af glas, metal eller holdbare keramiske materialer.
2. Inde i cylinderen der er 2 elektroder. Den første er en opvarmet katode, som er designet til at sikre processen med elektronemission. Den enkleste katode i design er en filament med en lille diameter, som opvarmes under drift, men i dag er indirekte opvarmede elektroder mere almindelige. De er cylindre lavet af metal og har et særligt aktivt lag, der er i stand til at udsende elektroner.
3. Inde i katoden indirekte varme Der er et specifikt element - en ledning, der lyser under påvirkning af elektrisk strøm, det kaldes en varmelegeme.
4. Anden elektrode er anoden, er det nødvendigt at acceptere de elektroner, der blev frigivet af katoden. For at gøre dette skal den have et potentiale, der er positivt i forhold til den anden elektrode. I de fleste tilfælde er anoden også cylindrisk.
5. Begge elektroder vakuumenheder er fuldstændig identiske med emitteren og bunden af ​​halvlederens forskellige elementer.
6. Til fremstilling af en diodekrystal Silicium eller germanium bruges oftest. En af dens dele er p-type elektrisk ledende og har en mangel på elektroner, som er dannet ved en kunstig metode. Den modsatte side af krystallen har også ledningsevne, men den er n-type og har et overskud af elektroner. Der er en grænse mellem de to regioner, som kaldes et p-n kryds.

Sådanne funktioner i den interne struktur giver dioder deres hovedegenskab - evnen til at lede elektrisk strøm i kun én retning.

Formål

Nedenfor er de vigtigste anvendelsesområder for dioder, hvorfra deres hovedformål bliver klart:

1. Diode broer er 4, 6 eller 12 dioder forbundet med hinanden, deres antal afhænger af typen af ​​kredsløb, som kan være enfaset, trefaset halvbro eller trefaset fuldbro. De udfører funktionerne som ensrettere; denne mulighed bruges oftest i bilgeneratorer, da indførelsen af ​​sådanne broer såvel som brugen af ​​børstesamlerenheder med dem har gjort det muligt at reducere størrelsen af ​​denne enhed betydeligt og øge dens pålidelighed. Hvis forbindelsen udføres i serie og i én retning, øges minimumsspændingen for at låse hele diodebroen op.
2. Diode detektorer opnås ved at kombinere disse enheder med kondensatorer. Dette er nødvendigt, så det er muligt at isolere lavfrekvent modulation fra forskellige modulerede signaler, herunder den amplitudemodulerede variation af radiosignalet. Sådanne detektorer er en del af designet af mange husholdningsapparater, såsom fjernsyn eller radioer.
3. Sikring af beskyttelse af forbrugere mod forkert polaritet, når der tændes for kredsløbsindgange fra forekommende overbelastninger eller afbrydere fra nedbrud ved elektromotorisk kraft, der opstår under selvinduktion, som opstår, når den induktive belastning er slukket. For at sikre sikkerheden af ​​kredsløb mod overbelastninger, der opstår, anvendes en kæde bestående af flere dioder forbundet til forsyningsbusserne i modsat retning. I dette tilfælde skal den indgang, som beskyttelsen er tilvejebragt, forbindes til midten af ​​denne kæde. Under normal drift af kredsløbet er alle dioder i lukket tilstand, men hvis de har registreret, at inputpotentialet er gået ud over de tilladte spændingsgrænser, aktiveres et af beskyttelseselementerne. Dette tilladte potentiale begrænses derfor inden for den tilladte forsyningsspænding i kombination med et direkte spændingsfald på beskyttelsesanordningen.
4. Afbrydere, skabt på basis af dioder, bruges til at skifte signaler med høje frekvenser. Et sådant system styres ved hjælp af jævnstrøm, højfrekvent adskillelse og tilførsel af et styresignal, som opstår på grund af induktans og kondensatorer.
5. Oprettelse af diodegnistbeskyttelse. Der anvendes shunt-diode barrierer, som giver sikkerhed ved at begrænse spændingen i det tilsvarende elektriske kredsløb. I kombination med dem bruges strømbegrænsende modstande, som er nødvendige for at begrænse den elektriske strøm, der passerer gennem netværket og øge graden af ​​beskyttelse.

Brugen af ​​dioder i elektronik i dag er meget udbredt, da stort set ingen moderne type elektronisk udstyr kan undvære disse elementer.

Direkte diodeforbindelse

Diodens p-n-kryds kan påvirkes af spænding leveret fra eksterne kilder. Indikatorer som størrelse og polaritet vil påvirke dens adfærd og den elektriske strøm, der ledes gennem den.

Nedenfor overvejer vi i detaljer den mulighed, hvor den positive pol er forbundet til p-type-området, og den negative pol til n-type-området. I dette tilfælde vil der ske direkte skift:

1. Under spænding fra en ekstern kilde vil der dannes et elektrisk felt i p-n krydset, og dets retning vil være modsat det indre diffusionsfelt.
2. Feltspænding vil falde betydeligt, hvilket vil medføre en kraftig indsnævring af barrierelaget.
3. Under indflydelse af disse processer et betydeligt antal elektroner vil frit kunne bevæge sig fra p-området til n-området, såvel som i den modsatte retning.
4. Driftsstrømindikatorer under denne proces forblive den samme, da de direkte kun afhænger af antallet af minoritetsladede transportører, der er placeret i området af pn-krydset.
5. Elektroner har et øget niveau af diffusion, hvilket fører til injektion af minoritetsbærere. Med andre ord vil der i n-området være en stigning i antallet af huller, og i p-området vil der blive registreret en øget koncentration af elektroner.
6. Mangel på ligevægt og øget antal minoritetsbærere får dem til at gå dybt ind i halvlederen og blande sig med dens struktur, hvilket i sidste ende fører til ødelæggelse af dens elektriske neutralitetsegenskaber.
7. Halvleder samtidig er det i stand til at genoprette sin neutrale tilstand, dette sker på grund af modtagelse af ladninger fra en tilsluttet ekstern kilde, hvilket bidrager til udseendet af jævnstrøm i det eksterne elektriske kredsløb.

Diode omvendt forbindelse

Nu vil vi overveje en anden metode til at tænde, hvor polariteten af ​​den eksterne kilde, hvorfra spændingen transmitteres, ændres:

1. Den største forskel fra direkte forbindelse er det at det skabte elektriske felt vil have en retning, der falder fuldstændigt sammen med retningen af ​​det indre diffusionsfelt. Derfor vil barrierelaget ikke længere indsnævres, men tværtimod udvide sig.
2. Felt placeret i pn-krydset, vil have en accelererende effekt på en række minoritetsladningsbærere, af denne grund vil driftstrømindikatorerne forblive uændrede. Det vil bestemme parametrene for den resulterende strøm, der passerer gennem pn-krydset.
3. Som du vokser omvendt spænding, vil den elektriske strøm, der strømmer gennem krydset, have en tendens til at nå maksimale værdier. Den har et specielt navn - mætningstrøm.
4. Ifølge den eksponentielle lov, med en gradvis stigning i temperaturen, vil mætningsstrømindikatorerne også stige.

Frem- og tilbagespænding

Spændingen, der påvirker dioden, er opdelt efter to kriterier:

1. Fremadgående spænding- det er, når dioden åbner, og jævnstrøm begynder at passere gennem den, mens enhedens modstand er ekstremt lav.
2. Omvendt spænding- det er den, der har omvendt polaritet og sikrer, at dioden lukker med omvendt strøm, der passerer gennem den. Samtidig begynder enhedens modstandsindikatorer at stige kraftigt og betydeligt.

Modstanden af ​​et pn-kryds er en konstant skiftende indikator, primært påvirket af den fremadgående spænding, der påføres direkte på dioden. Hvis spændingen stiger, vil krydsmodstanden falde proportionalt.

Dette fører til en stigning i parametrene for den fremadgående strøm, der passerer gennem dioden. Når denne enhed er lukket, påføres stort set hele spændingen på den, af denne grund er den omvendte strøm, der passerer gennem dioden, ubetydelig, og overgangsmodstanden når topparametre.

Diodedrift og dens strømspændingsegenskaber

Strømspændingskarakteristikken for disse enheder forstås som en buet linje, der viser afhængigheden af ​​den elektriske strøm, der strømmer gennem p-n-krydset, på volumenet og polariteten af ​​den spænding, der virker på den.

En sådan graf kan beskrives som følger:

1. Lodret akse: Det øverste område svarer til de fremadgående strømværdier, det nederste område til de omvendte strømparametre.
2. Vandret akse: Området til højre er for fremadspændingsværdier; område til venstre for omvendte spændingsparametre.
3. Direkte gren af ​​strøm-spændingskarakteristikken afspejler passagen af ​​elektrisk strøm gennem dioden. Den er rettet opad og løber i umiddelbar nærhed af den lodrette akse, da den repræsenterer stigningen i fremadgående elektrisk strøm, der opstår, når den tilsvarende spænding stiger.
4. Anden (omvendt) gren svarer til og viser den lukkede tilstand af den elektriske strøm, der også passerer gennem enheden. Dens position er sådan, at den løber næsten parallelt med den vandrette akse. Jo stejlere denne gren nærmer sig den lodrette, jo højere ensretterevne har en bestemt diode.
5. Ifølge tidsplanen kan du se at der efter en stigning i den fremadgående spænding, der strømmer gennem p-n krydset, sker en langsom stigning i elektrisk strøm. Men gradvist når kurven et område, hvor et spring er mærkbart, hvorefter der sker en accelereret stigning i dens indikatorer. Dette skyldes, at dioden åbner og leder strøm ved fremadspænding. For enheder lavet af germanium sker dette ved en spænding på 0,1V til 0,2V (maksimal værdi 1V), og for siliciumelementer kræves en højere værdi fra 0,5V til 0,6V (maksimal værdi 1,5V).
6. Aktuel stigning vist kan føre til overophedning af halvledermolekyler. Hvis varmefjernelsen, der opstår på grund af naturlige processer og driften af ​​radiatorer, er mindre end niveauet for dets frigivelse, kan molekylernes struktur ødelægges, og denne proces vil være irreversibel. Af denne grund er det nødvendigt at begrænse de fremadgående strømparametre for at forhindre overophedning af halvledermaterialet. For at gøre dette tilføjes specielle modstande til kredsløbet, forbundet i serie med dioderne.
7. Udforsker den omvendte gren du kan bemærke, at hvis den omvendte spænding påført p-n-krydset begynder at stige, så er stigningen i strømparametre praktisk talt umærkelig. Men i tilfælde, hvor spændingen når parametre, der overstiger de tilladte normer, kan der forekomme et pludseligt spring i omvendt strøm, hvilket vil overophede halvlederen og bidrage til den efterfølgende nedbrydning af p-n-krydset.

Grundlæggende diodefejl

Nogle gange fejler enheder af denne type, dette kan forekomme på grund af naturlig afskrivning og ældning af disse elementer eller af andre årsager.

I alt er der 3 hovedtyper af almindelige fejl:

1. Overgangssammenbrud fører til, at dioden i stedet for en halvlederanordning i det væsentlige bliver den mest almindelige leder. I denne tilstand mister den sine grundlæggende egenskaber og begynder at passere elektrisk strøm i absolut enhver retning. En sådan sammenbrud detekteres let ved hjælp af en standard, som begynder at bippe og viser et lavt modstandsniveau i dioden.
2. Når i stykker den omvendte proces sker - enheden holder generelt op med at sende elektrisk strøm i enhver retning, det vil sige, at den i det væsentlige bliver en isolator. For nøjagtigt at bestemme en pause er det nødvendigt at bruge testere med højkvalitets og brugbare prober, ellers kan de nogle gange fejlagtigt diagnosticere denne funktionsfejl. I legeringshalvledervarianter er en sådan nedbrydning ekstremt sjælden.
3. En lækage, hvor tætheden af ​​enhedens krop er brudt, som et resultat af hvilken den ikke kan fungere korrekt.

Nedbrydning af p-n kryds

Sådanne sammenbrud opstår i situationer, hvor den omvendte elektriske strøm begynder at pludselig og kraftigt stige, dette sker på grund af det faktum, at spændingen af ​​den tilsvarende type når uacceptable høje værdier.

Der er normalt flere typer:

1. Termiske nedbrud, som er forårsaget af en kraftig stigning i temperaturen og efterfølgende overophedning.
2. Elektriske nedbrud, der opstår under påvirkning af strøm på overgangen.

Grafen over strømspændingskarakteristikken giver dig mulighed for visuelt at studere disse processer og forskellen mellem dem.

Elektrisk nedbrud

Konsekvenserne forårsaget af elektriske nedbrud er ikke irreversible, da de ikke ødelægger selve krystallen. Derfor er det med et gradvist fald i spændingen muligt at genoprette alle diodens egenskaber og driftsparametre.

Samtidig er opdelinger af denne type opdelt i to typer:

1. Tunnelnedbrud opstår, når højspænding passerer gennem smalle kryds, hvilket gør det muligt for individuelle elektroner at slippe igennem den. De opstår normalt, hvis halvledermolekyler indeholder et stort antal forskellige urenheder. Under et sådant sammenbrud begynder den omvendte strøm at stige kraftigt og hurtigt, og den tilsvarende spænding er på et lavt niveau.
2. Lavinetyper af sammenbrud er mulige på grund af påvirkningen af ​​stærke felter, der er i stand til at accelerere ladningsbærere til det maksimale niveau, på grund af hvilket de slår et antal valenselektroner ud fra atomerne, som derefter flyver ind i det ledende område. Dette fænomen er lavinelignende af natur, hvorfor denne type sammenbrud har fået sit navn.

Termisk nedbrud

Forekomsten af ​​en sådan sammenbrud kan opstå af to hovedårsager: utilstrækkelig varmefjernelse og overophedning af p-n-krydset, som opstår på grund af strømmen af ​​elektrisk strøm gennem den ved for høje hastigheder.

En stigning i temperaturen i overgangs- og naboområderne forårsager følgende konsekvenser:

1. Vækst af atomare vibrationer, inkluderet i krystallen.
2. Hit elektroner ind i ledningsbåndet.
3. En kraftig stigning i temperaturen.
4. Destruktion og deformation krystal strukturer.
5. Fuldstændig fiasko og nedbrydning af hele radiokomponenten.

Vi hører ofte, at den ene eller den anden enhed fungerer på dioder. Hvad er en diode?

En diode er et elektronisk element, der passerer strøm godt i én retning, men udviser stærk modstand, når man forsøger at føre strøm gennem det i den modsatte retning.

Sådan fungerer moderne dioder

I øjeblikket anvendes halvleder-type dioder lavet af germanium eller silicium. En sådan diode er en plade opdelt i to dele. I den ene del er mangel på elektroner kunstigt skabt. Dette er et område med p-type ledningsevne (fra ordet positiv). Diodens positive terminal kaldes anoden.

Den anden del har et overskud af elektroner. Dette er et område med n-type ledningsevne (fra ordet negaiv). Diodens negative terminal kaldes katoden.

Grænsen mellem disse områder kaldes et p-n kryds.

Hvordan fungerer en diode?

Hvis du forbinder strømkildens positive pol til diodens anode og den negative pol til katoden, vil en elektrisk strøm strømme gennem et sådant kredsløb. Hvis kredsløbet også indeholder en pære, vil den lyse. Hvad vil dioden gøre, hvis de positive og negative terminaler på strømforsyningen er omvendt? Det vil give stærk modstand mod strømmen. Strømmen bliver så svag, at pæren ikke lyser.

Hvad er dioder til?

Hovedanvendelsen af ​​dioder er konvertering af vekselstrøm til jævnstrøm. Dioden er det vigtigste strukturelle element i alle strømforsyninger, inklusive den, der i øjeblikket er på din computer.

Dioder er også meget udbredt i logiske kredsløb, hvor det er nødvendigt at sikre passage af strøm i den ønskede retning. Sådanne kredsløb bruges i analoge enheder.

Vi ved alle godt, hvad en halvlederdiode er, men de færreste af os kender til princippet om en diodes funktion.I dag vil jeg, især for begyndere, forklare princippet om dens funktion. Som bekendt passerer en diode godt på den ene side, men meget dårligt i den modsatte retning. Dioden har to terminaler - anode og katode. Ikke en eneste elektronisk enhed kan undvære brugen af ​​dioder. Dioden bruges til at ensrette vekselstrøm, ved hjælp af en diodebro som består af fire dioder kan man omdanne vekselstrøm til jævnstrøm, eller ved hjælp af seks dioder kan man omdanne trefaset spænding til enfaset, der bruges dioder i en række strømforsyninger, i audio-video-enheder, næsten overalt . Her kan du se billeder af nogle.

Ved udgangen af ​​dioden kan du bemærke et fald i det indledende spændingsniveau med 0,5-0,7 volt. Til strømforsyningsenheder med lavere spænding bruges en Schottky-diode; på en sådan diode observeres det mindste spændingsfald - omkring 0,1V. Schottky-dioder bruges hovedsageligt i radiosende- og modtageenheder og i andre enheder, der hovedsageligt fungerer ved høje frekvenser. Driftsprincippet for en diode er ret simpelt ved første øjekast: en diode er en halvlederenhed med envejsledningsevne af elektrisk strøm.

Diodeterminalen forbundet til strømkildens positive pol kaldes anoden, og den negative terminal kaldes katoden. Diodekrystallen er hovedsageligt lavet af germanium eller silicium, hvoraf det ene område har n-type elektrisk ledningsevne, det vil sige et hulområde, som indeholder en kunstigt skabt mangel på elektroner, den anden - n-type ledningsevne, dvs. et overskud af elektroner, grænsen mellem dem kaldes et n-n kryds , n er det første bogstav i ordet positiv på latin, n er det første bogstav i ordet negativ. Hvis der påføres en positiv spænding til diodens anode, og en negativ spænding påføres katoden, så vil dioden sende strøm, dette kaldes direkte forbindelse, i denne position er dioden åben, hvis omvendt påføres, diode vil ikke passere strøm, i denne position er dioden lukket, dette kaldes omvendt forbindelse.

Diodens omvendte modstand er meget høj, og i kredsløb betragtes den som en dielektrisk (isolator). For at demonstrere driften af ​​en halvlederdiode kan du samle et simpelt kredsløb, der består af en strømkilde, en belastning (for eksempel en glødelampe eller en laveffekts elektrisk motor) og selve halvlederdioden. Vi forbinder alle komponenterne i kredsløbet i serie, vi leverer plus fra strømkilden til diodens anode, i serie til dioden, det vil sige, vi forbinder den ene ende af pæren til diodens katode, og tilslut den anden ende af den samme lampe til minus af strømkilden. Vi observerer lampens skær, nu vender vi dioden, lampen vil ikke længere lyse, fordi dioden er tilsluttet tilbage, overgangen er lukket. Jeg håber, at dette vil hjælpe dig på en eller anden måde i fremtiden, nybegyndere - A. Kasyan (AKA).