Halfgeleiderapparaten werden al vóór de uitvinding van vacuümbuizen in de radiotechniek gebruikt. De uitvinder van de radio, A. S. Popov, gebruikte eerst een coherer (een glazen buis met metaalvijlsel) en vervolgens het contact van een stalen naald met een koolstofelektrode om elektromagnetische golven te detecteren.

Dit was de eerste halfgeleider diode– detector. Later werden detectoren gemaakt met behulp van natuurlijke en kunstmatige kristallijne halfgeleiders (galena, zinkiet, chalcopyriet, enz.).

Zo'n detector bestond uit een halfgeleiderkristal dat in een houderbeker was gesoldeerd en een stalen of wolfraamveer met een puntig uiteinde (figuur 1). De positie van de punt op het kristal werd experimenteel gevonden, waardoor het hoogste volume van de uitzending van het radiostation werd bereikt.

Rijst. 1. Halfgeleiderdiode - detector.

In 1922 ontdekte O. V. Losev, een medewerker van het Nizjni Novgorod Radiolaboratorium, een opmerkelijk fenomeen: een kristaldetector, zo blijkt, kan elektrische trillingen opwekken en versterken.

Dit was een echte sensatie, maar het gebrek aan wetenschappelijke kennis en het ontbreken van de noodzakelijke experimentele apparatuur lieten op dat moment niet toe om de essentie van de processen die plaatsvinden in een halfgeleider diepgaand te onderzoeken en om halfgeleiderapparaten te creëren die in staat zijn te concurreren met een elektronenbuis. .

Halfgeleiderdiode

Halfgeleiderdiodes aangegeven met een symbool dat in algemene termen bewaard is gebleven sinds de tijd van de eerste radio's (Fig. 2.6).

Rijst. 2. Benaming en structuur van een halfgeleiderdiode.

De bovenkant van de driehoek in dit symbool geeft de richting van de grootste geleidbaarheid aan (de driehoek symboliseert de anode van de diode en de korte lijn loodrecht op de geleidingslijnen is de kathode ervan).

Hetzelfde symbool duidt halfgeleidergelijkrichters aan, bijvoorbeeld bestaande uit meerdere diodes die in serie, parallel of gemengd zijn geschakeld (gelijkrichterkolommen, enz.).

Diode bruggen

Bruggelijkrichters worden vaak gebruikt om radioapparatuur van stroom te voorzien. De omtrek van hetzelfde diode-aansluitschema (een vierkant waarvan de zijden worden gevormd door diodesymbolen) is al lang algemeen aanvaard geworden, daarom werd voor het aanduiden van dergelijke gelijkrichters een vereenvoudigd symbool gebruikt - een vierkant met het symbool van één diode binnenin (Fig. 3).

Rijst. 3. Benaming van de diodebrug.

Afhankelijk van de waarde van de gelijkgerichte spanning kan elke arm van de brug uit één, twee of meer diodes bestaan. De polariteit van de gelijkgerichte spanning wordt niet aangegeven op de diagrammen, aangezien deze duidelijk wordt bepaald door het diodesymbool in het vierkant.

Bruggen zijn structureel gecombineerd in één behuizing en apart afgebeeld, waardoor ze met een positionele aanduiding tot één product behoren. Naast de positionele aanduiding van diodes, zoals bij alle andere halfgeleiderapparaten, wordt meestal hun type aangegeven.

Op basis van het diodesymbool worden symbolen voor halfgeleiderdiodes met speciale eigenschappen gebouwd. Om het gewenste symbool te verkrijgen, worden speciale karakters gebruikt, hetzij op het basissymbool zelf, hetzij in de directe omgeving ervan, en om de aandacht op sommige ervan te vestigen, wordt het basissymbool in een cirkel geplaatst - een symbool voor het lichaam van een halfgeleiderapparaat.

Tunneldiodes

Een teken dat lijkt op een rechte beugel geeft de kathode van tunneldiodes aan (Fig. 4a). Ze zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen met een zeer hoog gehalte aan onzuiverheden, waardoor de halfgeleider verandert in een halfmetaal. Vanwege de ongebruikelijke vorm van de stroom-spanningskarakteristiek (deze heeft een gedeelte met negatieve weerstand), worden tunneldiodes gebruikt voor het versterken en genereren van elektrische signalen en in schakelapparaten. Een belangrijk voordeel van deze diodes is dat ze op zeer hoge frequenties kunnen werken.

Rijst. 4. Tunneldiode en zijn aanduiding.

Een soort tunneldiodes zijn sperdiodes, waarbij bij een lage spanning op de pn-overgang de geleidbaarheid in sperrichting groter is dan in voorwaartse richting.

Dergelijke diodes worden in omgekeerde verbinding gebruikt. In het symbool voor een omgekeerde diode wordt het kathodestreepje weergegeven met twee streepjes die het met hun midden raken (Fig. 4.6).

Zenerdiodes

Halfgeleider zenerdiodes, die ook op de omgekeerde tak van de stroom-spanningskarakteristiek werken, hebben een sterke plaats veroverd in voedingen, vooral in laagspanningsvoedingen.

Dit zijn vlakke siliciumdiodes die met behulp van een speciale technologie zijn vervaardigd. Wanneer ze in de tegenovergestelde richting en bij een bepaalde spanning worden ingeschakeld, "breekt" de junctie door, en vervolgens blijft, ondanks de toename van de stroom door de junctie, de spanning erover vrijwel onveranderd.

Rijst. 5. Zenerdiode en de aanduiding ervan op de diagrammen.

Dankzij deze eigenschap worden zenerdiodes op grote schaal gebruikt als onafhankelijke stabiliserende elementen, evenals als bronnen van referentiespanningen in transistorstabilisatoren.

Om kleine referentiespanningen te verkrijgen, worden de zenerdiodes in voorwaartse richting ingeschakeld, waarbij de stabilisatiespanning van één zenerdiode gelijk is aan 0,7... 0,8 V. Dezelfde resultaten worden verkregen wanneer conventionele siliciumdiodes in voorwaartse richting worden ingeschakeld. .

Om lage spanningen te stabiliseren zijn speciale halfgeleiderdiodes – stabilistoren – ontwikkeld, die op grote schaal worden gebruikt. Het verschil met zenerdiodes is dat ze werken op de directe tak van de stroom-spanningskarakteristiek, d.w.z. wanneer ze worden ingeschakeld in de voorwaartse (geleidende) richting.

Om een ​​zenerdiode in het diagram weer te geven, wordt het kathodestreepje van het basissymbool aangevuld met een kort streepje gericht naar het anodesymbool (Fig. 5a). Opgemerkt moet worden dat de locatie van de slag ten opzichte van het anodesymbool onveranderd moet blijven, ongeacht de positie van het zenerdiodesymbool in het diagram.

Dit geldt volledig voor het symbool van een twee-anode (dubbelzijdige) zenerdiode (Fig. 5.6), die in elke richting op een elektrisch circuit kan worden aangesloten (in feite zijn dit twee identieke zenerdiodes die rug aan rug zijn aangesloten) .

Varicaps

Een elektron-gatovergang waarop een sperspanning wordt toegepast, heeft de eigenschappen van een condensator. In dit geval wordt de rol van het diëlektricum gespeeld door de pn-overgang zelf, waarin er weinig vrije ladingsdragers zijn, en de rol van de platen wordt gespeeld door de aangrenzende lagen van de halfgeleider met elektrische ladingen met verschillende tekens - elektronen en gaten. Door de spanning te veranderen die op de pn-overgang wordt aangelegd, kun je de dikte ervan veranderen, en daarmee de capaciteit tussen de lagen van de halfgeleider.

Rijst. 6. Varicaps en hun aanduiding op schakelschema's.

Dit fenomeen wordt gebruikt in speciale halfgeleiderapparaten - varicapah[van Engelse woorden vari(kunnen) - variabel en dop(acitor) - condensator]. Varicaps worden veel gebruikt voor het afstemmen van oscillerende circuits, in automatische frequentieregelapparatuur en ook als frequentiemodulatoren in verschillende generatoren.

De conventionele grafische aanduiding van een varicap (zie figuur 6, a) weerspiegelt duidelijk hun essentie: parallelle lijnen aan de onderkant worden gezien als een symbool van een condensator. Kick- en variabele condensatoren, varicaps worden vaak gemaakt in de vorm van blokken (ze worden matrices genoemd) met een gemeenschappelijke kathode en afzonderlijke anodes. Bijvoorbeeld in afb. 6.6 toont de aanduiding van een matrix van twee varicaps, en Fig. 6,c - van de drie.

Thyristoren

Gebaseerd op het basissymbool van de diode, voorwaardelijk thyristor-aanduidingen(uit het Grieks Thyra– deur en Engels (resi) opslag- weerstand). Dit zijn diodes, dit zijn afwisselende lagen silicium met elektrische geleidbaarheidstypen p en p. Er zijn vier van dergelijke lagen in een thyristor, dat wil zeggen dat deze drie pn-overgangen heeft (pppp-structuur).

Thyristoren hebben een brede toepassing gevonden in verschillende wisselspanningsregelaars, relaxatiegeneratoren, schakelapparaten, enz.

Rijst. 7. Thyristor en zijn aanduiding op schakelschema's.

Thyristors met alleen aansluitingen uit de buitenste lagen van de structuur worden dynistorimn genoemd en worden aangegeven door een diodesymbool dat is doorgestreept door een lijnsegment evenwijdig aan de kathodelijn (Figuur 7, a). Dezelfde techniek werd gebruikt bij het construeren van de aanduiding van een symmetrische dinistor (Fig. 7, b), die stroom (na inschakelen) in beide richtingen geleidt.

Thyristors met een extra (derde) output (vanaf een van de interne lagen van de structuur) worden thyristors genoemd. De besturing langs de kathode bij de aanduiding van deze apparaten wordt weergegeven door een onderbroken lijn bevestigd aan het kathodesymbool (Fig. 7, c), langs de anode - door een lijn die zich uitstrekt over een van de zijden van de driehoek die de anode symboliseert (Fig. 7, d).

Het symbool voor een symmetrische (bidirectionele) triistor wordt verkregen uit het symbool voor een symmetrische dinistor door een derde terminal toe te voegen (Fig. 7, (5).

Fotodiodes

Grootste deel fotodiode is een kruispunt dat onder omgekeerde bias werkt. Zijn lichaam heeft een raam waardoor het halfgeleiderkristal wordt verlicht. Bij afwezigheid van licht is de stroom door de pn-overgang erg klein - deze overschrijdt niet de tegenstroom van een conventionele diode.

Rijst. 8. Fotodiodes en hun weergave in diagrammen.

Wanneer het kristal wordt verlicht, neemt de omgekeerde weerstand van de junctie scherp af en neemt de stroom er doorheen toe. Om zo'n halfgeleiderdiode in een diagram weer te geven, wordt het basissymbool van de diode in een cirkel geplaatst, en daarnaast (linksboven, ongeacht de positie van het symbool) wordt het teken van het foto-elektrische effect afgebeeld - twee schuin evenwijdige pijlen gericht naar het symbool (Fig. 8a).

Op vergelijkbare wijze is het niet moeilijk om een ​​symbool te construeren voor enig ander halfgeleiderapparaat waarvan de eigenschappen veranderen onder invloed van optische straling. Als voorbeeld in afb. 8.6 toont de aanduiding van de fotodinistor.

LED's en LED-indicatoren

Halfgeleiderdiodes die licht uitstralen wanneer de stroom door een pn-overgang gaat, worden LED's genoemd. Dergelijke diodes worden in voorwaartse richting ingeschakeld. Het conventionele grafische symbool van een LED is vergelijkbaar met het fotodiodesymbool en verschilt ervan doordat de pijlen die de optische straling aangeven rechts van de cirkel zijn geplaatst en in de tegenovergestelde richting zijn gericht (Fig. 9).

Rijst. 9. LED's en hun weergave in diagrammen.

Om cijfers, letters en andere tekens in laagspanningsapparatuur weer te geven, worden vaak LED-tekenindicatoren gebruikt. Dit zijn sets lichtgevende kristallen die op een bepaalde manier zijn gerangschikt en gevuld met transparant plastic.

ESKD-normen voorzien niet in symbolen voor dergelijke producten, maar in de praktijk gebruiken ze vaak symbolen die lijken op de symbolen die in figuur 2 worden weergegeven. 10 (indicatorsymbool met zeven segmenten voor het weergeven van cijfers en een komma).

Rijst. 10. Benaming van LED-segmentindicatoren.

Zoals u kunt zien, weerspiegelt een dergelijke grafische aanduiding duidelijk de werkelijke locatie van de lichtgevende elementen (segmenten) in de indicator, hoewel dit niet zonder nadelen is: het bevat geen informatie over de polariteit van de opname van de indicatorterminals in het elektrische circuit (indicatoren worden zowel geproduceerd met een anode-aansluiting die gemeenschappelijk is voor alle segmenten als met een gemeenschappelijke kathode-aansluiting).

Dit veroorzaakt echter meestal geen bijzondere problemen, omdat de aansluiting van de gemeenschappelijke uitgang van de indicator (evenals de microschakelingen) in het diagram is gespecificeerd.

Optokoppelaars

Lichtgevende kristallen worden veel gebruikt in optocouplers: speciale apparaten die worden gebruikt om afzonderlijke delen van elektronische apparaten met elkaar te verbinden in gevallen waarin galvanische isolatie noodzakelijk is. In de diagrammen worden optocouplers weergegeven zoals weergegeven in Fig. elf.

De optische verbinding van de lichtemitter (LED) met de fotodetector wordt weergegeven door twee evenwijdige pijlen loodrecht op de geleidingslijnen van de optocoupler. De fotodetector in een optocoupler kan niet alleen een fotodiode zijn (Fig. 11,a), maar ook een fotoresistor (Fig. 11,6), fotodinistor (Fig. 11,c), enz. De onderlinge oriëntatie van de symbolen van de zender en fotodetector is niet geregeld.

Rijst. 11. Benaming van optocouplers (optocouplers).

Indien nodig kunnen de componenten van de optocoupler afzonderlijk worden afgebeeld, maar in dit geval moet het optische verbindingsteken worden vervangen door de tekenen van optische straling en foto-elektrisch effect, en moet de behorende onderdelen van de optocoupler worden weergegeven in de positionele aanduiding (Fig. 11, d).

Literatuur: V.V. Frolov, Taal van radiocircuits, Moskou, 1998.

Helemaal aan het begin van de radiotechniek was het eerste actieve element een vacuümbuis. Maar al in de jaren twintig van de vorige eeuw verschenen de eerste apparaten die beschikbaar waren voor herhaling door radioamateurs en werden ze erg populair. Dit zijn detectorontvangers. Bovendien werden ze op industriële schaal geproduceerd, waren ze goedkoop en zorgden ze voor ontvangst voor twee of drie binnenlandse radiostations die op de midden- en langegolfbanden actief waren.

Het was in detectorontvangers dat voor het eerst het eenvoudigste halfgeleiderapparaat werd gebruikt, aanvankelijk een detector genoemd en pas later zijn moderne naam kreeg: een diode.

Een diode is een apparaat dat uit slechts twee lagen halfgeleider bestaat. Dit is laag “p” - positief en laag “n” - negatief. Op de grens van twee halfgeleiderlagen, “ p-n" overgang. De anode is het “p”-gebied en de kathode is het “n”-gebied. Elke diode kan alleen stroom geleiden van de anode naar de kathode. Op de schematische diagrammen is dit als volgt aangegeven.

Hoe werkt een halfgeleiderdiode?

In een halfgeleider van het “n”-type zijn er vrije elektronen, deeltjes met een minteken, en in een halfgeleider van het “p”-type zijn er ionen met een positieve lading, deze worden meestal “gaten” genoemd. Laten we de diode in omgekeerde verbinding met de stroombron verbinden, dat wil zeggen dat we een minteken op de anode en een plusteken op de kathode toepassen. Aantrekking vindt plaats tussen ladingen met verschillende polariteiten en positief geladen ionen worden naar de min getrokken, en negatieve elektronen drijven naar de plus van de stroombron. In een “p-n”-overgang zijn er geen ladingsdragers en is er geen beweging van elektronen. Geen beweging van elektronen - geen elektrische stroom. De diode is gesloten.

Wanneer de diode direct wordt ingeschakeld, vindt het omgekeerde proces plaats. Als gevolg van de afstoting van unipolaire ladingen worden alle dragers gegroepeerd in de overgangszone tussen twee halfgeleiderstructuren. Tussen de deeltjes ontstaat een elektrisch overgangsveld en recombinatie van elektronen en gaten. Elektrische stroom begint door de pn-overgang te stromen. Het proces zelf wordt ‘elektronengatgeleiding’ genoemd. In dit geval is de diode open.

Er rijst een volkomen natuurlijke vraag: hoe kunnen structuren met verschillende eigenschappen worden verkregen uit één halfgeleidermateriaal, dat wil zeggen een halfgeleider van het “n”-type en een halfgeleider van het “p”-type. Dit kan worden bereikt met behulp van een elektrochemisch proces dat doping wordt genoemd, dat wil zeggen het introduceren van onzuiverheden van andere metalen in de halfgeleider, die het gewenste type geleidbaarheid verschaffen. Er worden hoofdzakelijk drie halfgeleiders gebruikt in de elektronica. Dit germanium (Ge), silicium (Si) En galliumarsenide (GaAs). Silicium is natuurlijk het meest wijdverspreid, omdat de reserves in de aardkorst werkelijk enorm zijn, waardoor de kosten van op silicium gebaseerde halfgeleiderapparaten erg laag zijn.

Wanneer een verwaarloosbare hoeveelheid arseen aan de siliciumsmelt wordt toegevoegd ( Als) we krijgen een halfgeleider “ N”-type, en het doteren van silicium met het zeldzame aardelement indium ( In), krijgen we een halfgeleider “ P' typen. Er zijn veel additieven voor het doteren van halfgeleidermaterialen. De introductie van goudatomen in de structuur van een halfgeleider verhoogt bijvoorbeeld de prestaties van diodes, transistors en geïntegreerde schakelingen, en de toevoeging van een klein aantal verschillende onzuiverheden in een galliumarsenidekristal bepaalt de kleur van de LED.

Soorten diodes en hun reikwijdte.

De familie van halfgeleiderdiodes is erg groot. Uiterlijk lijken ze erg op elkaar, met uitzondering van enkele groepen die structureel en in een aantal parameters verschillen. De meest voorkomende modificaties van halfgeleiderdiodes zijn:

Het is ook vermeldenswaard dat elk type diode subgroepen heeft. Onder de gelijkrichters bevinden zich bijvoorbeeld ook ultrasnelle diodes. Kan worden genoemd als Ultrasnelle gelijkrichter , Hypersnelle gelijkrichter enzovoort. Voorbeeld - Ultrasnelle diode met lage uitval STTH6003TV/CW(analoog VS-60CPH03). Dit is een zeer gespecialiseerde diode, die bijvoorbeeld wordt gebruikt in lasmachines van het invertertype. Schottky-diodes zijn snel, maar zijn niet bestand tegen hoge sperspanningen, dus worden in plaats daarvan ultrasnelle gelijkrichterdiodes gebruikt, die bestand zijn tegen hoge sperspanningen en enorme voorwaartse stromen. Bovendien zijn hun prestaties vergelijkbaar met die van Schottky-diodes.

Parameters van halfgeleiderdiodes.

Halfgeleiderdiodes hebben veel parameters en deze worden bepaald door de functie die ze in een bepaald apparaat vervullen. In diodes die microgolfoscillaties genereren, is een zeer belangrijke parameter bijvoorbeeld de werkfrequentie, evenals de afsnijfrequentie waarbij de generatie mislukt. Maar voor gelijkrichtdiodes is deze parameter volkomen onbelangrijk.

Bij schakel- en schakeldiodes zijn de schakelsnelheid en hersteltijd, dat wil zeggen de snelheid van volledig openen en volledig sluiten, belangrijk. Bij vermogensdiodes met hoog vermogen is vermogensdissipatie belangrijk. Om dit te doen, worden ze op speciale radiatoren gemonteerd. Maar diodes die in apparaten met een lage stroomsterkte werken, hebben geen radiatoren nodig.

Maar er zijn parameters die als belangrijk worden beschouwd voor alle soorten diodes, we vermelden ze:

U gem. – toegestane spanning op de diode wanneer er stroom in voorwaartse richting doorheen vloeit. U mag deze spanning niet overschrijden, omdat dit tot schade zal leiden.

U arr. – toegestane spanning op de diode in gesloten toestand. Dit wordt ook wel doorslagspanning genoemd. In de gesloten toestand, wanneer er geen stroom door de pn-overgang vloeit, wordt er een sperspanning gevormd op de aansluitingen. Als deze de toegestane waarde overschrijdt, zal dit leiden tot een fysieke “storing” van de pn-overgang. Als gevolg hiervan zal de diode veranderen in een gewone geleider (doorbranden).

Schottky-diodes zijn erg gevoelig voor te hoge sperspanning, die om deze reden vaak uitvallen. Conventionele diodes, bijvoorbeeld siliciumgelijkrichters, zijn beter bestand tegen overmatige sperspanning. Wanneer deze iets wordt overschreden, schakelen ze over naar de modus omkeerbare afbraak. Als het diodekristal geen tijd heeft om oververhit te raken als gevolg van overmatige warmteontwikkeling, kan het product lange tijd werken.

Ik heb. – voorwaartse stroom van de diode. Dit is een zeer belangrijke parameter waarmee rekening moet worden gehouden bij het vervangen van diodes door analogen of bij het ontwerpen van zelfgemaakte apparaten. De grootte van de voorwaartse stroom voor verschillende aanpassingen kan tientallen en honderden ampères bereiken. Op de radiator zijn bijzonder krachtige diodes geïnstalleerd om de warmte te verwijderen, die wordt gevormd door het thermische effect van de stroom. De P-N-overgang in directe verbinding heeft ook een lage weerstand. Bij kleine bedrijfsstromen is het effect niet merkbaar, maar bij stromen van enkele tot tientallen ampère warmt het diodekristal merkbaar op. In een inverterlasmachine moet bijvoorbeeld een gelijkrichtdiodebrug op een radiator worden geïnstalleerd.

Ik kom. – diode-tegenstroom. De tegenstroom is de zogenaamde minderheidsdraagstroom. Het wordt gevormd wanneer de diode gesloten is. De hoeveelheid tegenstroom is zeer klein en wordt in de overgrote meerderheid van de gevallen niet in aanmerking genomen.

U stabiel – stabilisatiespanning (voor zenerdiodes). Lees meer over deze parameter in het artikel over zenerdiode.

Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat al deze parameters in de technische literatuur zijn afgedrukt met de tekst “ maximaal" Hier wordt de maximaal toegestane waarde van deze parameter aangegeven. Daarom moet u bij het kiezen van het type diode voor uw ontwerp rekenen op de maximaal toegestane waarden.

Een diode is een van de soorten apparaten die op halfgeleiderbasis zijn ontworpen. Het heeft één pn-overgang, evenals anode- en kathode-aansluitingen. In de meeste gevallen is het ontworpen voor modulatie, rectificatie, conversie en andere acties met inkomende elektrische signalen.

Werkingsprincipe:

1. Elektriciteit werkt op de kathode, de verwarmer begint te gloeien en de elektrode begint elektronen uit te zenden.
2. Tussen twee elektroden er ontstaat een elektrisch veld.
3. Als de anode een positief potentieel heeft, dan begint het elektronen naar zich toe te trekken, en het resulterende veld is een katalysator voor dit proces. In dit geval wordt een emissiestroom gegenereerd.
4. Tussen elektroden er ontstaat een negatieve ruimtelijke lading, die de beweging van elektronen kan verstoren. Dit gebeurt als het anodepotentiaal te zwak is. In dit geval slagen sommige elektronen er niet in de invloed van de negatieve lading te overwinnen en beginnen ze in de tegenovergestelde richting te bewegen en keren ze weer terug naar de kathode.
5. Alle elektronen, die de anode bereikten en niet terugkeerden naar de kathode, bepalen de parameters van de kathodestroom. Daarom hangt deze indicator rechtstreeks af van het positieve anodepotentiaal.
6. Stroom van alle elektronen, die de anode konden bereiken, wordt de anodestroom genoemd, waarvan de indicatoren in de diode altijd overeenkomen met de parameters van de kathodestroom. Soms kunnen beide indicatoren nul zijn; dit gebeurt in situaties waarin de anode een negatieve lading heeft. In dit geval versnelt het veld dat tussen de elektroden ontstaat de deeltjes niet, maar vertraagt ​​het ze integendeel en stuurt ze terug naar de kathode. De diode blijft in dit geval in een vergrendelde toestand, wat leidt tot een open circuit.

Apparaat

Hieronder vindt u een gedetailleerde beschrijving van de diodestructuur; het bestuderen van deze informatie is noodzakelijk voor een beter begrip van de werkingsprincipes van deze elementen:

1. Kader is een vacuümcilinder die gemaakt kan worden van glas, metaal of duurzame keramische materiaalsoorten.
2. Binnenin de cilinder er zijn 2 elektroden. De eerste is een verwarmde kathode, die is ontworpen om het proces van elektronenemissie te garanderen. De eenvoudigste kathode in ontwerp is een gloeidraad met een kleine diameter, die tijdens bedrijf opwarmt, maar tegenwoordig komen indirect verwarmde elektroden vaker voor. Het zijn cilinders van metaal en hebben een speciale actieve laag die elektronen kan uitzenden.
3. Binnenin de kathode indirecte warmte Er is een specifiek element: een draad die gloeit onder invloed van elektrische stroom, het wordt een verwarming genoemd.
4. Tweede elektrode de anode is, is het noodzakelijk om de elektronen te accepteren die door de kathode zijn vrijgegeven. Om dit te doen, moet deze een potentiaal hebben die positief is ten opzichte van de tweede elektrode. In de meeste gevallen is de anode ook cilindrisch.
5. Beide elektroden vacuümapparaten zijn volledig identiek aan de emitter en basis van de verscheidenheid aan halfgeleiderelementen.
6. Voor het maken van een diodekristal Silicium of germanium wordt het meest gebruikt. Een van de onderdelen is elektrisch geleidend van het p-type en heeft een tekort aan elektronen, dat wordt gevormd door een kunstmatige methode. De andere kant van het kristal heeft ook geleidbaarheid, maar is van het n-type en heeft een overmaat aan elektronen. Er is een grens tussen de twee gebieden, die een p-n-overgang wordt genoemd.

Dergelijke kenmerken van de interne structuur geven diodes hun belangrijkste eigenschap: het vermogen om elektrische stroom in slechts één richting te geleiden.

Doel

Hieronder staan ​​​​de belangrijkste toepassingsgebieden van diodes, waaruit hun hoofddoel duidelijk wordt:

1. Diode bruggen zijn 4, 6 of 12 diodes met elkaar verbonden, hun aantal hangt af van het type circuit, dat eenfasig, driefasig met halve brug of driefasig met volledige brug kan zijn. Ze vervullen de functies van gelijkrichters; deze optie wordt het vaakst gebruikt in autogeneratoren, aangezien de introductie van dergelijke bruggen, evenals het gebruik van borstelcollectoreenheden ermee, het mogelijk heeft gemaakt om de omvang van dit apparaat aanzienlijk te verkleinen en de betrouwbaarheid ervan vergroten. Als de verbinding in serie en in één richting wordt gemaakt, verhoogt dit de minimale spanning die nodig is om de gehele diodebrug te ontgrendelen.
2. Diodedetectoren worden verkregen door deze apparaten te combineren met condensatoren. Dit is nodig zodat het mogelijk is laagfrequente modulatie te isoleren van verschillende gemoduleerde signalen, inclusief de amplitudegemoduleerde variant van het radiosignaal. Dergelijke detectoren maken deel uit van het ontwerp van veel huishoudelijke apparaten, zoals televisies of radio's.
3. Zorgen voor bescherming van consumenten tegen onjuiste polariteit bij het inschakelen van circuitingangen tegen optredende overbelasting of schakelaars tegen defecten door elektromotorische kracht die optreedt tijdens zelfinductie, wat optreedt wanneer de inductieve belasting wordt uitgeschakeld. Om de veiligheid van circuits tegen optredende overbelastingen te garanderen, wordt een keten gebruikt die bestaat uit verschillende diodes die in omgekeerde richting op de voedingsbussen zijn aangesloten. In dit geval moet de ingang waarop bescherming wordt geboden, op het midden van deze keten worden aangesloten. Tijdens de normale werking van het circuit bevinden alle diodes zich in een gesloten toestand, maar als ze hebben gedetecteerd dat de ingangspotentiaal de toegestane spanningslimieten heeft overschreden, wordt een van de beveiligingselementen geactiveerd. Hierdoor wordt dit toegestane potentieel beperkt binnen de toegestane voedingsspanning in combinatie met een directe spanningsval op het beveiligingsapparaat.
4. Schakelaars, gemaakt op basis van diodes, worden gebruikt om signalen met hoge frequenties te schakelen. Een dergelijk systeem wordt bestuurd met behulp van gelijkstroom, hoogfrequente scheiding en de toevoer van een stuursignaal, dat optreedt als gevolg van inductie en condensatoren.
5. Creëren van diodevonkbeveiliging. Er wordt gebruik gemaakt van shuntdiodebarrières, die veiligheid bieden door de spanning in het overeenkomstige elektrische circuit te beperken. In combinatie hiermee worden stroombegrenzende weerstanden gebruikt, die nodig zijn om de elektrische stroom die door het netwerk gaat te beperken en de mate van bescherming te vergroten.

Het gebruik van diodes in de elektronica is tegenwoordig zeer wijdverbreid, omdat vrijwel geen enkel modern type elektronische apparatuur zonder deze elementen kan.

Directe diodeverbinding

De pn-overgang van de diode kan worden beïnvloed door spanning die wordt geleverd door externe bronnen. Indicatoren zoals magnitude en polariteit zullen het gedrag en de elektrische stroom die erdoorheen wordt geleid beïnvloeden.

Hieronder bekijken we in detail de optie waarbij de positieve pool is verbonden met het p-type gebied en de negatieve pool met het n-type gebied. In dit geval vindt directe omschakeling plaats:

1. Onder spanning van een externe bron zal er een elektrisch veld worden gevormd in de pn-overgang, en de richting ervan zal tegengesteld zijn aan het interne diffusieveld.
2. Veld spanning zal aanzienlijk afnemen, wat een scherpe vernauwing van de barrièrelaag zal veroorzaken.
3. Onder invloed van deze processen een aanzienlijk aantal elektronen zal zich vrij kunnen bewegen van het p-gebied naar het n-gebied, maar ook in de tegenovergestelde richting.
4. Driftstroomindicatoren tijdens dit proces blijven ze hetzelfde, omdat ze alleen rechtstreeks afhankelijk zijn van het aantal minderheidsgeladen dragers die zich in het gebied van de pn-overgang bevinden.
5. Elektronen hebben een verhoogd verspreidingsniveau, wat leidt tot de injectie van minderheidsdragers. Met andere woorden: in het n-gebied zal er een toename zijn van het aantal gaten, en in het p-gebied zal een verhoogde concentratie van elektronen worden geregistreerd.
6. Gebrek aan evenwicht en toenemend aantal minderheidsdragers zorgt ervoor dat ze diep in de halfgeleider doordringen en zich vermengen met de structuur ervan, wat uiteindelijk leidt tot de vernietiging van de elektrische neutraliteitseigenschappen ervan.
7. Halfgeleider tegelijkertijd kan het zijn neutrale toestand herstellen, dit gebeurt als gevolg van de ontvangst van ladingen van een aangesloten externe bron, wat bijdraagt ​​​​aan het verschijnen van gelijkstroom in het externe elektrische circuit.

Diode omgekeerde aansluiting

Nu zullen we een andere inschakelmethode overwegen, waarbij de polariteit van de externe bron waaruit de spanning wordt verzonden verandert:

1. Het belangrijkste verschil met directe verbinding is dat dat het gecreëerde elektrische veld een richting zal hebben die volledig samenvalt met de richting van het interne diffusieveld. Dienovereenkomstig zal de barrièrelaag niet langer smaller worden, maar juist uitzetten.
2. Veld gelegen in de pn-kruising, zal een versnellend effect hebben op een aantal minderheidsladingsdragers, om deze reden zullen de driftstroomindicatoren ongewijzigd blijven. Het zal de parameters bepalen van de resulterende stroom die door de pn-overgang gaat.
3. Naarmate je groeit omgekeerde spanning, zal de elektrische stroom die door de junctie vloeit de neiging hebben maximale waarden te bereiken. Het heeft een speciale naam: verzadigingsstroom.
4. Volgens de exponentiële wet Bij een geleidelijke temperatuurstijging zullen ook de verzadigingsstroomindicatoren toenemen.

Voorwaartse en omgekeerde spanning

De spanning die de diode beïnvloedt, wordt verdeeld volgens twee criteria:

1. Voorwaartse spanning- dit is wanneer de diode opengaat en er gelijkstroom doorheen gaat, terwijl de weerstand van het apparaat extreem laag is.
2. Omgekeerde spanning- dit is degene met omgekeerde polariteit en zorgt ervoor dat de diode sluit terwijl er tegenstroom doorheen gaat. Tegelijkertijd beginnen de weerstandsindicatoren van het apparaat scherp en aanzienlijk te stijgen.

De weerstand van een pn-overgang is een constant veranderende indicator, voornamelijk beïnvloed door de voorwaartse spanning die rechtstreeks op de diode wordt aangelegd. Als de spanning toeneemt, zal de junctieweerstand proportioneel afnemen.

Dit leidt tot een toename van de parameters van de voorwaartse stroom die door de diode gaat. Wanneer dit apparaat gesloten is, wordt vrijwel de volledige spanning erop toegepast, om deze reden is de tegenstroom die door de diode gaat onbeduidend en bereikt de overgangsweerstand piekparameters.

Diodewerking en zijn stroom-spanningskarakteristieken

De stroom-spanningskarakteristiek van deze apparaten wordt opgevat als een gebogen lijn die de afhankelijkheid weergeeft van de elektrische stroom die door de pn-overgang vloeit van het volume en de polariteit van de spanning die erop inwerkt.

Een dergelijke grafiek kan als volgt worden beschreven:

1. Verticale as: Het bovenste gebied komt overeen met de voorwaartse stroomwaarden, het onderste gebied met de tegenstroomparameters.
2. Horizontale as: Het gebied aan de rechterkant is voor voorwaartse spanningswaarden; gebied aan de linkerkant voor sperspanningsparameters.
3. Directe tak van de stroom-spanningskarakteristiek weerspiegelt de doorgang van elektrische stroom door de diode. Het is naar boven gericht en loopt dicht bij de verticale as, omdat het de toename van de voorwaartse elektrische stroom vertegenwoordigt die optreedt wanneer de overeenkomstige spanning toeneemt.
4. Tweede (omgekeerde) tak komt overeen met en geeft de gesloten toestand weer van de elektrische stroom die ook door het apparaat gaat. De ligging is zodanig dat deze vrijwel parallel loopt aan de horizontale as. Hoe steiler deze tak de verticaal nadert, hoe hoger het gelijkrichtvermogen van een bepaalde diode.
5. Volgens het schema dat je kunt zien dat na een toename van de voorwaartse spanning die door de pn-overgang stroomt, een langzame toename van de elektrische stroom optreedt. Geleidelijk bereikt de curve echter een gebied waarin een sprong merkbaar is, waarna een versnelde toename van de indicatoren optreedt. Dit komt door het openen van de diode en het geleiden van stroom bij doorlaatspanning. Voor apparaten gemaakt van germanium gebeurt dit bij een spanning van 0,1V tot 0,2V (maximale waarde 1V), en voor siliciumelementen is een hogere waarde vereist van 0,5V tot 0,6V (maximale waarde 1,5V).
6. Huidige stijging getoond kan leiden tot oververhitting van halfgeleidermoleculen. Als de warmteafvoer die optreedt als gevolg van natuurlijke processen en de werking van radiatoren kleiner is dan het niveau van de afgifte ervan, dan kan de structuur van de moleculen worden vernietigd, en dit proces zal onomkeerbaar zijn. Om deze reden is het noodzakelijk om de voorwaartse stroomparameters te beperken om oververhitting van het halfgeleidermateriaal te voorkomen. Om dit te doen, worden speciale weerstanden aan het circuit toegevoegd, in serie verbonden met de diodes.
7. Het verkennen van de omgekeerde tak je kunt merken dat als de sperspanning die op de pn-overgang wordt aangelegd begint te stijgen, de toename van de stroomparameters vrijwel onmerkbaar is. In gevallen waarin de spanning echter parameters bereikt die de toegestane normen overschrijden, kan er een plotselinge sprong in de tegenstroom optreden, die de halfgeleider zal oververhitten en zal bijdragen aan de daaropvolgende doorbraak van de pn-overgang.

Basisdiodefouten

Soms falen apparaten van dit type, dit kan gebeuren als gevolg van natuurlijke waardevermindering en veroudering van deze elementen of om andere redenen.

In totaal zijn er 3 hoofdtypen veelvoorkomende fouten:

1. Uitsplitsing van de transitie leidt ertoe dat de diode, in plaats van een halfgeleiderapparaat, in wezen de meest voorkomende geleider wordt. In deze toestand verliest het zijn basiseigenschappen en begint het elektrische stroom in absoluut elke richting door te laten. Een dergelijke storing kan eenvoudig worden gedetecteerd met behulp van een standaard exemplaar, dat begint te piepen en een laag weerstandsniveau in de diode vertoont.
2. Wanneer gebroken het omgekeerde proces vindt plaats: het apparaat stopt over het algemeen met het doorgeven van elektrische stroom in welke richting dan ook, dat wil zeggen dat het in wezen een isolator wordt. Om de breuk nauwkeurig te bepalen, is het noodzakelijk om testers te gebruiken met hoogwaardige en bruikbare sondes, anders kunnen ze deze storing soms ten onrechte diagnosticeren. Bij gelegeerde halfgeleidervariëteiten is een dergelijke storing uiterst zeldzaam.
3. Een lek, waarbij de dichtheid van de behuizing van het apparaat wordt verbroken, waardoor deze niet goed kan functioneren.

Uitsplitsing van p-n-overgang

Dergelijke storingen treden op in situaties waarin de omgekeerde elektrische stroom plotseling en scherp begint te stijgen, dit gebeurt vanwege het feit dat de spanning van het overeenkomstige type onaanvaardbaar hoge waarden bereikt.

Er zijn meestal verschillende soorten:

1. Thermische storingen, die worden veroorzaakt door een sterke temperatuurstijging en daaropvolgende oververhitting.
2. Elektrische storingen, ontstaan ​​onder invloed van stroming op de overgang.

Met de grafiek van de stroom-spanningskarakteristiek kunt u deze processen en het verschil daartussen visueel bestuderen.

Elektrische storing

De gevolgen veroorzaakt door elektrische storingen zijn niet onomkeerbaar, omdat ze het kristal zelf niet vernietigen. Daarom is het met een geleidelijke afname van de spanning mogelijk om alle eigenschappen en bedrijfsparameters van de diode te herstellen.

Tegelijkertijd zijn uitsplitsingen van dit type verdeeld in twee typen:

1. Tunnelstoringen treden op wanneer hoge spanning door nauwe kruispunten gaat, waardoor individuele elektronen er doorheen kunnen glippen. Ze komen meestal voor als halfgeleidermoleculen een groot aantal verschillende onzuiverheden bevatten. Tijdens een dergelijke storing begint de tegenstroom scherp en snel toe te nemen en bevindt de overeenkomstige spanning zich op een laag niveau.
2. Lawine soorten storingen zijn mogelijk door de invloed van sterke velden die ladingsdragers tot het maximale niveau kunnen versnellen, waardoor ze een aantal valentie-elektronen uit de atomen uitschakelen, die vervolgens in het geleidende gebied vliegen. Dit fenomeen is lawineachtig van aard en daarom heeft dit type storing zijn naam gekregen.

Thermische afbraak

Het optreden van een dergelijke storing kan om twee hoofdredenen plaatsvinden: onvoldoende warmteafvoer en oververhitting van de pn-overgang, die optreedt als gevolg van de stroom van elektrische stroom er met te hoge snelheden doorheen.

Een temperatuurstijging in de overgangs- en aangrenzende gebieden heeft de volgende gevolgen:

1. Groei van atomaire trillingen, inbegrepen in het kristal.
2. Hit elektronen in de geleidingsband.
3. Een sterke temperatuurstijging.
4. Vernietiging en vervorming kristal structuur.
5. Totale mislukking en uitsplitsing van de gehele radiocomponent.

We horen vaak dat dit of dat apparaat op diodes werkt. Wat is een diode?

Een diode is een elektronisch element dat de stroom in één richting goed doorlaat, maar een sterke weerstand vertoont wanneer hij probeert stroom in de tegenovergestelde richting door te laten.

Hoe moderne diodes werken

Momenteel worden halfgeleiderdiodes van germanium of silicium gebruikt. Zo'n diode is een plaat die in twee delen is verdeeld. In één deel wordt kunstmatig een tekort aan elektronen gecreëerd. Dit is een gebied met p-type geleidbaarheid (van het woord positief). De positieve pool van de diode wordt de anode genoemd.

Het andere deel heeft een overschot aan elektronen. Dit is een gebied met n-type geleidbaarheid (van het woord negatief). De negatieve pool van de diode wordt de kathode genoemd.

De grens tussen deze gebieden wordt een pn-overgang genoemd.

Hoe werkt een diode?

Als je de positieve pool van de stroombron verbindt met de anode van de diode en de negatieve pool met de kathode, dan zal er door zo'n circuit een elektrische stroom stromen. Als de schakeling ook een gloeilamp bevat, gaat deze branden. Wat zal de diode doen als de positieve en negatieve aansluitingen van de voeding zijn omgedraaid? Het zal een sterke weerstand tegen de stroming bieden. De stroom wordt zo zwak dat de lamp niet meer gaat branden.

Waar zijn diodes voor?

De belangrijkste toepassing van diodes is de omzetting van wisselstroom naar gelijkstroom. De diode is het belangrijkste structurele element van alle voedingen, inclusief de voeding die momenteel op uw computer staat.

Diodes worden ook veel gebruikt in logische circuits waarin het nodig is om de stroomdoorgang in de gewenste richting te garanderen. Dergelijke circuits worden gebruikt in apparaten van het analoge type.

We weten allemaal heel goed wat een halfgeleiderdiode is, maar weinigen van ons kennen het werkingsprincipe van een diode. Vandaag zal ik, vooral voor beginners, het principe van de werking ervan uitleggen. Zoals bekend laat een diode aan de ene kant de stroom goed door, maar aan de andere kant zeer slecht. De diode heeft twee aansluitingen: anode en kathode. Geen enkel elektronisch apparaat kan zonder het gebruik van diodes. De diode wordt gebruikt om wisselstroom gelijk te richten, met behulp van een diodebrug die uit vier diodes bestaat, kun je wisselstroom omzetten in gelijkstroom, of met zes diodes kun je driefasige spanning omzetten in eenfasig, er worden diodes gebruikt in een verscheidenheid aan voedingen, in audio-video-apparaten, bijna overal. Hier zie je foto's van een aantal.

Aan de uitgang van de diode ziet u een daling van het initiële spanningsniveau met 0,5-0,7 volt. Voor voedingsapparaten met een lagere spanning wordt een Schottky-diode gebruikt, op zo'n diode wordt de kleinste spanningsval waargenomen - ongeveer 0,1V. Schottky-diodes worden voornamelijk gebruikt in radiozend- en ontvangstapparatuur en in andere apparaten die voornamelijk op hoge frequenties werken. Het werkingsprincipe van een diode is op het eerste gezicht vrij eenvoudig: een diode is een halfgeleiderapparaat met eenrichtingsgeleiding van elektrische stroom.

De diodeaansluiting die is aangesloten op de positieve pool van de stroombron wordt de anode genoemd, en de negatieve aansluiting wordt de kathode genoemd. Het diodekristal is voornamelijk gemaakt van germanium of silicium, waarvan het ene gebied een n-type elektrische geleidbaarheid heeft, dat wil zeggen een gatengebied dat een kunstmatig gecreëerd gebrek aan elektronen bevat, het andere - n-type geleidbaarheid, dat wil zeggen bevat een overmaat aan elektronen, de grens daartussen wordt een n-n-overgang genoemd, n is de eerste letter van het woord positief in het Latijn, n is de eerste letter van het woord negatief. Als er een positieve spanning wordt aangelegd op de anode van de diode, en een negatieve spanning op de kathode, dan zal de diode stroom doorlaten, dit wordt directe verbinding genoemd, in deze positie is de diode open, als het omgekeerde wordt toegepast, is de diode laat geen stroom door, in deze stand is de diode gesloten, dit heet omgekeerde aansluiting.

De omgekeerde weerstand van de diode is erg hoog en wordt in circuits als een diëlektricum (isolator) beschouwd. Om de werking van een halfgeleiderdiode te demonstreren, kunt u een eenvoudig circuit samenstellen dat bestaat uit een stroombron, een belasting (bijvoorbeeld een gloeilamp of een elektromotor met laag vermogen) en de halfgeleiderdiode zelf. We verbinden alle componenten van het circuit in serie, we leveren plus van de stroombron naar de anode van de diode, in serie met de diode, dat wil zeggen, we verbinden het ene uiteinde van de gloeilamp met de kathode van de diode, en sluit het andere uiteinde van dezelfde lamp aan op de min van de stroombron. We observeren de gloed van de lamp, nu draaien we de diode om, de lamp zal niet meer gloeien omdat de diode terug is aangesloten, de overgang is gesloten. Ik hoop dat dit je in de toekomst op de een of andere manier zal helpen, nieuwelingen - A. Kasyan (AKA).