Halvlederenheter ble brukt i radioteknikk selv før oppfinnelsen av vakuumrør. Oppfinneren av radioen, A. S. Popov, brukte først en koherer (et glassrør med metallspåner) og deretter kontakt av en stålnål med en karbonelektrode for å oppdage elektromagnetiske bølger.

Dette var den første halvlederdiode— detektor. Senere ble detektorer opprettet ved bruk av naturlige og kunstige krystallinske halvledere (galena, sincite, kalkopiritt, etc.).

En slik detektor bestod av en halvlederkrystall loddet inn i en holderkopp og en stål- eller wolframfjær med spiss ende (fig. 1). Plasseringen av spissen på krystallen ble funnet eksperimentelt, og oppnådde det høyeste volumet av radiostasjonens overføring.

Ris. 1. Halvlederdiode - detektor.

I 1922 oppdaget O. V. Losev, en ansatt ved Nizhny Novgorod Radio Laboratory, et bemerkelsesverdig fenomen: en krystalldetektor, viser det seg, kan generere og forsterke elektriske oscillasjoner.

Dette var en ekte sensasjon, men mangelen på vitenskapelig kunnskap og mangelen på nødvendig eksperimentelt utstyr tillot ikke på det tidspunktet å utforske essensen av prosessene som skjer i en halvleder dypt og å lage halvlederenheter som var i stand til å konkurrere med et elektronrør. .

Halvlederdiode

Halvlederdioder betegnet med et symbol som har blitt bevart i generelle termer siden de første radioenes dager (fig. 2.6).

Ris. 2. Betegnelse og struktur av en halvlederdiode.

Toppen av trekanten i dette symbolet indikerer retningen for størst ledningsevne (trekanten symboliserer anoden til dioden, og den korte linjen vinkelrett på blylinjene er katoden).

Det samme symbolet betegner halvlederlikerettere, bestående for eksempel av flere dioder koblet i serie, parallelle eller blandede (likerettersøyler osv.).

Diodebroer

Brolikerettere brukes ofte til å drive radioutstyr. Omrisset av det samme diodekoblingsdiagrammet (en firkant, hvis sider er dannet av diodesymboler) har lenge blitt allment akseptert, derfor, for å betegne slike likerettere, begynte et forenklet symbol å bli brukt - en firkant med symbolet en diode inne (fig. 3).

Ris. 3. Betegnelse på diodebroen.

Avhengig av verdien av den likerettede spenningen, kan hver arm på broen bestå av en, to eller flere dioder. Polariteten til den likerettede spenningen er ikke angitt på diagrammene siden den er tydelig bestemt av diodesymbolet inne i firkanten.

Broer er strukturelt kombinert i ett hus og er avbildet separat, og viser at de tilhører ett produkt i en posisjonsbetegnelse. Ved siden av posisjonsbetegnelsen til dioder, som alle andre halvlederenheter, er deres type vanligvis indikert.

Basert på diodesymbolet bygges symboler for halvlederdioder med spesielle egenskaper. For å få det ønskede symbolet brukes spesialtegn, enten på selve grunnsymbolet eller i umiddelbar nærhet av det, og for å rette oppmerksomheten mot noen av dem plasseres grunnsymbolet i en sirkel - et symbol for kroppen av en halvlederenhet.

Tunnel dioder

Et skilt som ligner en rett brakett angir katoden til tunneldioder (fig. 4a). De er laget av halvledermaterialer med et veldig høyt urenhetsinnhold, som et resultat av at halvlederen blir til et halvmetall. På grunn av den uvanlige formen til strømspenningskarakteristikken (den har en seksjon med negativ motstand), brukes tunneldioder til å forsterke og generere elektriske signaler og i bryterenheter. En viktig fordel med disse diodene er at de kan operere ved svært høye frekvenser.

Ris. 4. Tunneldiode og dens betegnelse.

En type tunneldioder er omvendte dioder, der ved lav spenning ved pn-krysset er ledningsevnen i motsatt retning større enn i foroverretningen.

Slike dioder brukes i omvendt forbindelse. I symbolet for en reversert diode er katodestreken avbildet med to streker som berører den med midten (fig. 4.6).

Zener dioder

Halvleder-zenerdioder, som også opererer på den motsatte grenen av strømspenningskarakteristikken, har vunnet en sterk plass i strømforsyninger, spesielt lavspente.

Dette er plane silisiumdioder produsert ved hjelp av en spesiell teknologi. Når de slås på i motsatt retning og ved en viss spenning, "bryter krysset gjennom", og deretter, til tross for økningen i strømmen gjennom krysset, forblir spenningen over det nesten uendret.

Ris. 5. Zenerdiode og dens betegnelse på diagrammene.

Takket være denne egenskapen er zenerdioder mye brukt som uavhengige stabiliserende elementer, så vel som kilder til referansespenninger i transistorstabilisatorer.

For å oppnå små referansespenninger slås zenerdiodene på i foroverretningen, med stabiliseringsspenningen til én zenerdiode lik 0,7... 0,8 V. De samme resultatene oppnås når konvensjonelle silisiumdioder slås på i foroverretningen .

For å stabilisere lavspenninger er det utviklet spesielle halvlederdioder – stabistorer – som er mye brukt. Deres forskjell fra zenerdioder er at de opererer på den direkte grenen av strøm-spenningskarakteristikken, dvs. når de er slått på i forover (ledende) retning.

For å vise en zenerdiode i diagrammet er katodestreken til grunnsymbolet supplert med en kort strek rettet mot anodesymbolet (fig. 5a). Det skal bemerkes at plasseringen av slaget i forhold til anodesymbolet bør være uendret uavhengig av posisjonen til zenerdiodesymbolet på diagrammet.

Dette gjelder fullt ut symbolet på en to-anode (dobbeltsidig) zenerdiode (fig. 5.6), som kan kobles til en elektrisk krets i alle retninger (faktisk er dette to identiske zenerdioder koblet rygg mot rygg) .

Varicaps

Et elektron-hull-kryss som en revers spenning påføres har egenskapene til en kondensator. I dette tilfellet spilles rollen til dielektrikumet av selve pn-krysset, der det er få gratis ladningsbærere, og rollen til platene spilles av de tilstøtende lagene av halvlederen med elektriske ladninger av forskjellige tegn - elektroner og hull. Ved å endre spenningen som påføres pn-krysset, kan du endre tykkelsen, og derfor kapasitansen mellom lagene i halvlederen.

Ris. 6. Varicaps og deres betegnelse på kretsskjemaer.

Dette fenomenet brukes i spesielle halvlederenheter - varicapah[fra engelske ord vari(stand) - variabel og lokk(acitor) - kondensator]. Varicaps er mye brukt for tuning av oscillerende kretser, i automatiske frekvenskontrollenheter, og også som frekvensmodulatorer i forskjellige generatorer.

Den konvensjonelle grafiske betegnelsen på en varicap (se fig. 6, a) gjenspeiler tydelig deres essens: parallelle linjer i bunnen oppfattes som et symbol på en kondensator. Kick og variable kondensatorer, varicaps er ofte laget i form av blokker (de kalles matriser) med en felles katode og separate anoder. For eksempel i fig. 6.6 viser betegnelsen på en matrise med to varicaps, og fig. 6,c - av tre.

Tyristorer

Basert på det grunnleggende symbolet til dioden, betinget tyristorbetegnelser(fra gresk Thyra– dør og engelsk (resi) stor- motstand). Dette er dioder, som er vekslende lag av silisium med elektrisk ledningsevne typene p og p. Det er fire slike lag i en tyristor, dvs. den har tre pn-overganger (pppp-struktur).

Tyristorer har funnet bred anvendelse i forskjellige vekselspenningsregulatorer, avspenningsgeneratorer, svitsjeenheter, etc.

Ris. 7. Tyristor og dens betegnelse på kretsskjemaer.

Tyristorer med ledninger kun fra de ytre lagene av strukturen kalles dynistorimn og er betegnet med et diodesymbol krysset ut av et linjesegment parallelt med katodelinjen (Figur 7, a). Den samme teknikken ble brukt til å konstruere betegnelsen på en symmetrisk dinistor (fig. 7, b), som leder strøm (etter innkopling) i begge retninger.

Tyristorer med en ekstra (tredje) utgang (fra et av de indre lagene i strukturen) kalles tyristorer. Kontroll langs katoden i betegnelsen på disse enhetene er vist med en brutt linje festet til katodesymbolet (fig. 7, c), langs anoden - av en linje som strekker seg en av sidene av trekanten som symboliserer anoden (fig. 7, d).

Symbolet for en symmetrisk (toveis) triistor er hentet fra symbolet for en symmetrisk dinistor ved å legge til en tredje terminal (fig. 7, (5).

Fotodioder

Hoveddel fotodiode er et veikryss som opererer under omvendt skjevhet. Kroppen har et vindu som halvlederkrystallen er opplyst gjennom. I fravær av lys er strømmen gjennom pn-krysset veldig liten - den overskrider ikke den motsatte strømmen til en konvensjonell diode.

Ris. 8. Fotodioder og deres representasjon på diagrammer.

Når krystallen er opplyst, synker den omvendte motstanden til krysset kraftig, og strømmen gjennom den øker. For å vise en slik halvlederdiode i et diagram, er det grunnleggende symbolet til dioden plassert i en sirkel, og ved siden av (øverst til venstre, uavhengig av symbolets posisjon) er tegnet på den fotoelektriske effekten avbildet - to skrå parallelle piler rettet mot symbolet (fig. 8a).

På lignende måte er det ikke vanskelig å konstruere et symbol for enhver annen halvlederenhet som endrer egenskapene sine under påvirkning av optisk stråling. Som et eksempel i fig. 8.6 viser betegnelsen på fotodinistoren.

LED og LED-indikatorer

Halvlederdioder som sender ut lys når strømmen går gjennom et pn-kryss kalles LED. Slike dioder slås på i foroverretningen. Det konvensjonelle grafiske symbolet til en LED ligner på fotodiodesymbolet og skiller seg fra det ved at pilene som indikerer optisk stråling er plassert til høyre for sirkelen og rettet i motsatt retning (fig. 9).

Ris. 9. Lysdioder og deres representasjon på diagrammer.

For å vise tall, bokstaver og andre tegn i lavspentutstyr brukes ofte LED-tegnindikatorer, som er sett med lysavgivende krystaller arrangert på en bestemt måte og fylt med gjennomsiktig plast.

ESKD-standarder gir ikke symboler for slike produkter, men i praksis bruker de ofte symboler som ligner på de som er vist i fig. 10 (syv-segments indikatorsymbol for visning av tall og komma).

Ris. 10. Betegnelse på LED-segmentindikatorer.

Som du kan se, gjenspeiler en slik grafisk betegnelse tydelig den faktiske plasseringen av de lysemitterende elementene (segmentene) i indikatoren, selv om den ikke er uten en ulempe: den inneholder ikke informasjon om polariteten til inkluderingen av indikatorterminalene i den elektriske kretsen (indikatorer produseres både med en anodeterminal felles for alle segmenter og og med en felles katodeterminal).

Imidlertid forårsaker dette vanligvis ikke noen spesielle vanskeligheter, siden tilkoblingen av den vanlige utgangen til indikatoren (så vel som mikrokretsene) er spesifisert i diagrammet.

Optokoblere

Lysemitterende krystaller er mye brukt i optokoblere - spesielle enheter som brukes til å koble sammen individuelle deler av elektroniske enheter i tilfeller der galvanisk isolasjon er nødvendig. I diagrammene er optokoblere avbildet som vist i fig. elleve.

Den optiske forbindelsen til lysemitteren (LED) med fotodetektoren er vist med to parallelle piler vinkelrett på lederlinjene til optokobleren. Fotodetektoren i en optokobler kan ikke bare være en fotodiode (fig. 11,a), men også en fotomotstand (fig. 11,6), fotodinistor (fig. 11,c), etc. Den gjensidige orienteringen av symbolene til emitter og fotodetektor er ikke regulert.

Ris. 11. Betegnelse på optokoblere (optokoblere).

Om nødvendig kan komponentene til optokobleren avbildes separat, men i dette tilfellet bør det optiske tilkoblingsskiltet erstattes med tegnene på optisk stråling og fotoelektrisk effekt, og tilhørigheten til delene til optokobleren skal vises i posisjonen betegnelse (fig. 11, d).

Litteratur: V.V. Frolov, Språket til radiokretser, Moskva, 1998.

Helt i begynnelsen av radioteknikken var det første aktive elementet et vakuumrør. Men allerede i tjueårene av forrige århundre dukket de første enhetene tilgjengelig for repetisjon av radioamatører opp og ble veldig populære. Dette er detektormottakere. Dessuten ble de produsert i industriell skala, var rimelige og ga mottak for to eller tre innenlandske radiostasjoner som opererer i mellom- og langbølgebånd.

Det var i detektormottakere at den enkleste halvlederenheten først ble brukt, først kalt en detektor og først senere fikk dens moderne navn - en diode.

En diode er en enhet som består av bare to lag med halvleder. Dette er lag "p" - positiv og lag "n" - negativ. På grensen til to halvlederlag, " p-n" overgang. Anoden er "p"-området, og katoden er "n"-området. Enhver diode er i stand til å lede strøm bare fra anoden til katoden. På de skjematiske diagrammene er det betegnet som følger.

Hvordan fungerer en halvlederdiode?

I en halvleder av typen "n" er det frie elektroner, partikler med et minustegn, og i en halvleder av typen "p" er det ioner med positiv ladning, de kalles vanligvis "hull". La oss koble dioden til strømkilden i omvendt forbindelse, det vil si at vi vil bruke et minus på anoden og et pluss på katoden. Tiltrekning skjer mellom ladninger med forskjellige polariteter og positivt ladede ioner trekkes til minus, og negative elektroner driver til pluss av strømkilden. I et "p-n"-kryss er det ingen ladningsbærere og det er ingen bevegelse av elektroner. Ingen bevegelse av elektroner - ingen elektrisk strøm. Dioden er lukket.

Når dioden slås på direkte, skjer den omvendte prosessen. Som et resultat av frastøtingen av unipolare ladninger er alle bærere gruppert i overgangssonen mellom to halvlederstrukturer. Et elektrisk overgangsfelt og rekombinasjon av elektroner og hull oppstår mellom partiklene. Elektrisk strøm begynner å flyte gjennom p-n-krysset. Selve prosessen kalles "elektron-hullsledning." I dette tilfellet er dioden åpen.

Et helt naturlig spørsmål oppstår: hvordan kan strukturer med forskjellige egenskaper oppnås fra ett halvledermateriale, det vil si en halvleder av typen "n" og en halvleder av typen "p". Dette kan oppnås ved hjelp av en elektrokjemisk prosess kalt doping, det vil si å introdusere urenheter av andre metaller i halvlederen, som gir ønsket type ledningsevne. Det er hovedsakelig tre halvledere som brukes i elektronikk. Dette germanium (Ge), silisium (Si) Og galliumarsenid (GaAs). Silisium er selvfølgelig mest utbredt, siden dets reserver i jordskorpen er virkelig enorme, så kostnadene for silisiumbaserte halvlederenheter er svært lave.

Når du tilsetter en ubetydelig mengde arsen til silisiumsmelten ( Som) vi får en halvleder " n"-type, og doping av silisium med det sjeldne jordartelementet indium ( I), får vi en halvleder " s" type. Det er mange tilsetningsstoffer for doping av halvledermaterialer. For eksempel øker introduksjonen av gullatomer i strukturen til en halvleder ytelsen til dioder, transistorer og integrerte kretser, og tilsetningen av et lite antall forskjellige urenheter i en galliumarsenidkrystall bestemmer fargen på LED.

Typer av dioder og deres omfang.

Familien av halvlederdioder er veldig stor. Utad er de veldig like, med unntak av noen grupper som er forskjellige strukturelt og i en rekke parametere. De vanligste modifikasjonene av halvlederdioder er:

Det er også verdt å merke seg at hver type diode har undergrupper. For eksempel er det blant likerettere også ultraraske dioder. Kan kalles som Ultrarask likeretter , HyperFast Rectifier og så videre. Eksempel - Ultrarask Low Dropout Diode STTH6003TV/CW(analog VS-60CPH03). Dette er en høyt spesialisert diode, som brukes for eksempel i sveisemaskiner av invertertype. Schottky-dioder er raske, men tåler ikke høye reversspenninger, så det brukes i stedet ultraraske likeretterdioder, som tåler høye reversspenninger og enorme foroverstrømmer. Dessuten er ytelsen deres sammenlignbar med Schottky-dioder.

Parametre for halvlederdioder.

Halvlederdioder har mange parametere, og de bestemmes av funksjonen de utfører i en bestemt enhet. For eksempel, i dioder som genererer mikrobølgeoscillasjoner, er en svært viktig parameter driftsfrekvensen, samt grensefrekvensen som genereringen mislykkes ved. Men for likeretterdioder er denne parameteren helt uviktig.

I koblings- og svitsjedioder er koblingshastigheten og gjenopprettingstiden, det vil si hastigheten på full åpning og full lukking, viktig. I kraftige effektdioder er effekttap viktig. For å gjøre dette er de montert på spesielle radiatorer. Men dioder som opererer i lavstrømsenheter trenger ingen radiatorer.

Men det er parametere som anses som viktige for alle typer dioder, vi lister dem:

U ave. – tillatt spenning på dioden når det går strøm gjennom den i foroverretningen. Du bør ikke overskride denne spenningen, da dette vil føre til skade.

U arr. – tillatt spenning på dioden i lukket tilstand. Det kalles også sammenbruddsspenning. I lukket tilstand, når ingen strøm flyter gjennom p-n-krysset, dannes en omvendt spenning ved terminalene. Hvis den overskrider den tillatte verdien, vil dette føre til et fysisk "sammenbrudd" av pn-krysset. Som et resultat vil dioden bli til en vanlig leder (brenn ut).

Schottky-dioder er svært følsomme for overflødig reversspenning, som svært ofte svikter av denne grunn. Konvensjonelle dioder, for eksempel silisiumlikerettere, er mer motstandsdyktige mot overflødig reversspenning. Når det er litt overskredet, bytter de til modus reversibelt sammenbrudd. Hvis diodekrystallen ikke har tid til å overopphetes på grunn av overdreven varmeutvikling, kan produktet fungere i lang tid.

jeg har. – foroverstrøm av dioden. Dette er en veldig viktig parameter som bør tas i betraktning når du erstatter dioder med analoger eller når du designer hjemmelagde enheter. Størrelsen på foroverstrømmen for forskjellige modifikasjoner kan nå titalls og hundrevis av ampere. Spesielt kraftige dioder er installert på radiatoren for å fjerne varme, som dannes på grunn av den termiske effekten av strømmen. P-N-krysset i direkte forbindelse har også lav motstand. Ved små driftsstrømmer er effekten ikke merkbar, men ved strømmer på noen få til titalls ampere varmes diodekrystallen opp merkbart. For eksempel må en likeretterdiodebro i en inverter-sveisemaskin installeres på en radiator.

jeg arr. – diode reversstrøm. Reversstrømmen er den såkalte minoritetsbærestrømmen. Den dannes når dioden lukkes. Mengden av reversstrøm er svært liten og i de aller fleste tilfeller er det ikke tatt hensyn til det.

U stabil – stabiliseringsspenning (for zenerdioder). Les mer om denne parameteren i artikkelen om zenerdiode.

I tillegg bør det huskes at alle disse parametrene i teknisk litteratur er trykt med " maks" Den maksimalt tillatte verdien for denne parameteren er angitt her. Derfor, når du velger type diode for designet ditt, må du regne med de maksimalt tillatte verdiene.

En diode er en av typene enheter designet på halvlederbasis. Den har ett p-n-kryss, samt anode- og katodeterminaler. I de fleste tilfeller er den designet for modulering, retting, konvertering og andre handlinger med innkommende elektriske signaler.

Driftsprinsipp:

1. Elektrisitet virker på katoden, varmeren begynner å lyse, og elektroden begynner å avgi elektroner.
2. Mellom to elektroder et elektrisk felt genereres.
3. Hvis anoden har et positivt potensial, så begynner den å tiltrekke seg elektroner til seg selv, og det resulterende feltet er en katalysator for denne prosessen. I dette tilfellet genereres en emisjonsstrøm.
4. Mellom elektrodene det dannes en negativ romladning, som kan forstyrre bevegelsen av elektroner. Dette skjer hvis anodepotensialet er for svakt. I dette tilfellet klarer noen av elektronene ikke å overvinne påvirkningen av den negative ladningen, og de begynner å bevege seg i motsatt retning og går tilbake til katoden igjen.
5. Alle elektroner, som nådde anoden og ikke kom tilbake til katoden, bestemme parametrene til katodestrømmen. Derfor avhenger denne indikatoren direkte av det positive anodepotensialet.
6. Strøm av alle elektroner, som var i stand til å komme til anoden, kalles anodestrømmen, hvis indikatorer i dioden alltid tilsvarer parametrene til katodestrømmen. Noen ganger kan begge indikatorene være null; dette skjer i situasjoner der anoden har en negativ ladning. I dette tilfellet akselererer ikke feltet som oppstår mellom elektrodene partiklene, men tvert imot bremser dem og returnerer dem til katoden. Dioden i dette tilfellet forblir i en låst tilstand, noe som fører til en åpen krets.

Enhet

Nedenfor er en detaljert beskrivelse av diodestrukturen; å studere denne informasjonen er nødvendig for ytterligere forståelse av prinsippene for drift av disse elementene:

1. Ramme er en vakuumsylinder som kan være laget av glass, metall eller slitesterke keramiske varianter av materialer.
2. Inne i sylinderen det er 2 elektroder. Den første er en oppvarmet katode, som er designet for å sikre prosessen med elektronemisjon. Den enkleste katoden i design er en filament med liten diameter, som varmes opp under drift, men i dag er indirekte oppvarmede elektroder mer vanlig. De er sylindre laget av metall og har et spesielt aktivt lag som er i stand til å sende ut elektroner.
3. Inne i katoden indirekte varme Det er et spesifikt element - en ledning som lyser under påvirkning av elektrisk strøm, det kalles en varmeapparat.
4. Andre elektrode er anoden, er det nødvendig å akseptere elektronene som ble frigjort av katoden. For å gjøre dette må den ha et potensial som er positivt i forhold til den andre elektroden. I de fleste tilfeller er anoden også sylindrisk.
5. Begge elektrodene Vakuumenheter er helt identiske med emitteren og basen til halvlederens utvalg av elementer.
6. For å lage en diodekrystall Silisium eller germanium brukes oftest. En av delene er elektrisk ledende av p-type og har en mangel på elektroner, som dannes ved en kunstig metode. Den motsatte siden av krystallen har også ledningsevne, men den er n-type og har et overskudd av elektroner. Det er en grense mellom de to regionene, som kalles et p-n-kryss.

Slike funksjoner i den interne strukturen gir dioder deres hovedegenskap - evnen til å lede elektrisk strøm i bare én retning.

Hensikt

Nedenfor er de viktigste bruksområdene for dioder, hvorfra deres hovedformål blir klart:

1. Diodebroer er 4, 6 eller 12 dioder koblet til hverandre, deres antall avhenger av typen krets, som kan være enfase, trefase halvbro eller trefase fullbro. De utfører funksjonene til likerettere; dette alternativet brukes oftest i bilgeneratorer, siden introduksjonen av slike broer, samt bruken av børstesamlerenheter med dem, har gjort det mulig å redusere størrelsen på denne enheten betydelig og øke påliteligheten. Hvis koblingen gjøres i serie og i én retning, øker dette minimumsspenningen som kreves for å låse opp hele diodebroen.
2. Diode detektorer oppnås ved å kombinere disse enhetene med kondensatorer. Dette er nødvendig slik at det er mulig å isolere lavfrekvent modulasjon fra forskjellige modulerte signaler, inkludert den amplitudemodulerte variasjonen til radiosignalet. Slike detektorer er en del av utformingen av mange husholdningsapparater, som fjernsyn eller radioer.
3. Sikre beskyttelse av forbrukere mot feil polaritet når kretsinnganger slås på fra forekommende overbelastninger eller bryter fra sammenbrudd av elektromotorisk kraft som oppstår under selvinduksjon, som oppstår når den induktive belastningen er slått av. For å sikre sikkerheten til kretser fra overbelastninger som oppstår, brukes en kjede bestående av flere dioder koblet til forsyningsbussene i motsatt retning. I dette tilfellet må inngangen som beskyttelsen gis til, kobles til midten av denne kjeden. Ved normal drift av kretsen er alle diodene i lukket tilstand, men hvis de har oppdaget at inngangspotensialet har gått utover de tillatte spenningsgrensene, aktiveres et av beskyttelseselementene. På grunn av dette begrenses dette tillatte potensialet innenfor den tillatte forsyningsspenningen i kombinasjon med et direkte spenningsfall på verneanordningen.
4. Brytere, opprettet på grunnlag av dioder, brukes til å bytte signaler med høye frekvenser. Et slikt system styres ved hjelp av likestrøm, høyfrekvent separasjon og tilførsel av et styresignal, som oppstår på grunn av induktans og kondensatorer.
5. Opprettelse av diodegnistbeskyttelse. Det brukes shuntdiodebarrierer, som gir sikkerhet ved å begrense spenningen i den tilsvarende elektriske kretsen. I kombinasjon med dem brukes strømbegrensende motstander, som er nødvendige for å begrense den elektriske strømmen som går gjennom nettverket og øke beskyttelsesgraden.

Bruken av dioder i elektronikk i dag er svært utbredt, siden praktisk talt ingen moderne type elektronisk utstyr kan klare seg uten disse elementene.

Direkte diodetilkobling

Diodens p-n-kryss kan påvirkes av spenning tilført fra eksterne kilder. Indikatorer som størrelse og polaritet vil påvirke oppførselen og den elektriske strømmen som ledes gjennom den.

Nedenfor vurderer vi i detalj alternativet der den positive polen er koblet til p-type-området, og den negative polen til n-type-området. I dette tilfellet vil direkte bytte skje:

1. Under spenning fra en ekstern kilde vil det dannes et elektrisk felt i p-n-krysset, og dets retning vil være motsatt av det indre diffusjonsfeltet.
2. Feltspenning vil avta betydelig, noe som vil gi en kraftig innsnevring av barrierelaget.
3. Under påvirkning av disse prosessene et betydelig antall elektroner vil kunne bevege seg fritt fra p-regionen til n-regionen, så vel som i motsatt retning.
4. Driftstrømindikatorer under denne prosessen forblir de samme, siden de direkte avhenger bare av antall minoritetsladede operatører som befinner seg i regionen til pn-krysset.
5. Elektroner har økt diffusjonsnivå, noe som fører til injeksjon av minoritetsbærere. Med andre ord vil det i n-regionen være en økning i antall hull, og i p-regionen vil det registreres en økt konsentrasjon av elektroner.
6. Mangel på likevekt og økt antall minoritetsbærere får dem til å gå dypt inn i halvlederen og blande seg med strukturen, noe som til slutt fører til ødeleggelse av dens elektriske nøytralitetsegenskaper.
7. Halvleder samtidig er den i stand til å gjenopprette sin nøytrale tilstand, dette skjer på grunn av mottak av ladninger fra en tilkoblet ekstern kilde, noe som bidrar til utseendet til likestrøm i den eksterne elektriske kretsen.

Diode omvendt tilkobling

Nå vil vi vurdere en annen metode for å slå på, hvor polariteten til den eksterne kilden som spenningen overføres fra endres:

1. Hovedforskjellen fra direkte tilkobling er det at det skapte elektriske feltet vil ha en retning som er fullstendig sammenfallende med retningen til det indre diffusjonsfeltet. Følgelig vil barrierelaget ikke lenger smale, men tvert imot utvide seg.
2. Felt som ligger i pn-krysset, vil ha en akselererende effekt på en rekke minoritetsladningsbærere, av denne grunn vil driftstrømindikatorene forbli uendret. Det vil bestemme parametrene til den resulterende strømmen som passerer gjennom pn-krysset.
3. Når du vokser revers spenning, vil den elektriske strømmen som flyter gjennom krysset ha en tendens til å nå maksimale verdier. Den har et spesielt navn - metningsstrøm.
4. I henhold til eksponentiell lov, med en gradvis økning i temperaturen, vil metningsstrømindikatorene også øke.

Forover og revers spenning

Spenningen som påvirker dioden er delt inn etter to kriterier:

1. Foroverspenning- dette er når dioden åpnes og likestrøm begynner å passere gjennom den, mens motstanden til enheten er ekstremt lav.
2. Omvendt spenning- dette er den som har omvendt polaritet og sørger for at dioden lukkes med omvendt strøm som går gjennom den. Samtidig begynner motstandsindikatorene til enheten å øke kraftig og betydelig.

Motstanden til et pn-kryss er en konstant skiftende indikator, primært påvirket av foroverspenningen direkte på dioden. Hvis spenningen øker, vil kryssmotstanden reduseres proporsjonalt.

Dette fører til en økning i parametrene til foroverstrømmen som går gjennom dioden. Når denne enheten er lukket, blir praktisk talt hele spenningen påført den, av denne grunn er den omvendte strømmen som går gjennom dioden ubetydelig, og overgangsmotstanden når toppparametere.

Diodedrift og dens strømspenningsegenskaper

Strømspenningskarakteristikken til disse enhetene forstås som en buet linje som viser avhengigheten av den elektriske strømmen som strømmer gjennom p-n-krysset på volumet og polariteten til spenningen som virker på den.

En slik graf kan beskrives som følger:

1. Vertikal akse: Det øvre området tilsvarer de fremre strømverdiene, det nedre området tilsvarer de reverserte strømparametrene.
2. Horisontal akse: Området til høyre er for fremspenningsverdier; område til venstre for omvendt spenningsparametere.
3. Direkte gren av strøm-spenningskarakteristikken reflekterer passasjen av elektrisk strøm gjennom dioden. Den er rettet oppover og løper i umiddelbar nærhet til den vertikale aksen, siden den representerer økningen i forover elektrisk strøm som oppstår når den tilsvarende spenningen øker.
4. Andre (omvendt) gren tilsvarer og viser den lukkede tilstanden til den elektriske strømmen som også går gjennom enheten. Dens posisjon er slik at den løper praktisk talt parallelt med den horisontale aksen. Jo brattere denne grenen nærmer seg vertikalen, desto høyere er rettingsevnen til en bestemt diode.
5. I henhold til timeplanen kan du se at etter en økning i foroverspenningen som strømmer gjennom p-n-krysset, oppstår en langsom økning i elektrisk strøm. Imidlertid når kurven gradvis et område der et hopp er merkbart, hvoretter det oppstår en akselerert økning i indikatorene. Dette skyldes at dioden åpner og leder strøm ved foroverspenning. For enheter laget av germanium skjer dette ved en spenning på 0,1V til 0,2V (maksimal verdi 1V), og for silisiumelementer kreves en høyere verdi fra 0,5V til 0,6V (maksimal verdi 1,5V).
6. Nåværende økning vist kan føre til overoppheting av halvledermolekyler. Hvis varmefjerningen som oppstår på grunn av naturlige prosesser og driften av radiatorer er mindre enn nivået av frigjøringen, kan strukturen til molekylene bli ødelagt, og denne prosessen vil være irreversibel. Av denne grunn er det nødvendig å begrense foroverstrømparameterne for å forhindre overoppheting av halvledermaterialet. For å gjøre dette legges spesielle motstander til kretsen, koblet i serie med diodene.
7. Utforsker den omvendte grenen du kan legge merke til at hvis reversspenningen påført p-n-krysset begynner å øke, så er økningen i strømparametere praktisk talt umerkelig. Men i tilfeller der spenningen når parametere som overskrider de tillatte normene, kan det oppstå et plutselig hopp i omvendt strøm, noe som vil overopphete halvlederen og bidra til den påfølgende sammenbruddet av p-n-krysset.

Grunnleggende diodefeil

Noen ganger feiler enheter av denne typen, dette kan oppstå på grunn av naturlig avskrivning og aldring av disse elementene eller av andre årsaker.

Totalt er det 3 hovedtyper av vanlige feil:

1. Overgangssammenbrudd fører til at dioden, i stedet for en halvlederenhet, i hovedsak blir den vanligste lederen. I denne tilstanden mister den sine grunnleggende egenskaper og begynner å sende elektrisk strøm i absolutt alle retninger. Et slikt sammenbrudd oppdages enkelt ved hjelp av en standard, som begynner å pipe og viser et lavt motstandsnivå i dioden.
2. Når den er ødelagt den omvendte prosessen skjer - enheten slutter generelt å sende elektrisk strøm i alle retninger, det vil si at den i hovedsak blir en isolator. For nøyaktig å bestemme en pause, er det nødvendig å bruke testere med høykvalitets og brukbare prober, ellers kan de noen ganger feilaktig diagnostisere denne feilen. I legeringshalvledervarianter er en slik sammenbrudd ekstremt sjelden.
3. En lekkasje, hvor tettheten til enhetens kropp brytes, som et resultat av at den ikke kan fungere ordentlig.

Nedbryting av p-n-kryss

Slike sammenbrudd oppstår i situasjoner der den omvendte elektriske strømmen begynner å plutselig og kraftig øke, dette skjer på grunn av det faktum at spenningen av den tilsvarende typen når uakseptable høye verdier.

Det er vanligvis flere typer:

1. Termiske sammenbrudd, som er forårsaket av en kraftig økning i temperatur og påfølgende overoppheting.
2. Elektriske havarier, som oppstår under påvirkning av strøm på overgangen.

Grafen over strømspenningskarakteristikken lar deg visuelt studere disse prosessene og forskjellen mellom dem.

Elektrisk havari

Konsekvensene forårsaket av elektriske sammenbrudd er ikke irreversible, siden de ikke ødelegger selve krystallen. Derfor, med en gradvis reduksjon i spenning, er det mulig å gjenopprette alle egenskapene og driftsparametrene til dioden.

Samtidig er sammenbrudd av denne typen delt inn i to typer:

1. Tunnelhavari oppstår når høyspenning passerer gjennom trange veikryss, noe som gjør at individuelle elektroner kan slippe gjennom den. De oppstår vanligvis hvis halvledermolekyler inneholder et stort antall forskjellige urenheter. Under et slikt sammenbrudd begynner reversstrømmen å øke kraftig og raskt, og den tilsvarende spenningen er på et lavt nivå.
2. Skredtyper av sammenbrudd er mulig på grunn av påvirkning av sterke felt som er i stand til å akselerere ladningsbærere til maksimalt nivå, på grunn av hvilket de slår ut en rekke valenselektroner fra atomene, som deretter flyr inn i det ledende området. Dette fenomenet er skredaktig i naturen, og det er derfor denne typen sammenbrudd fikk navnet sitt.

Termisk sammenbrudd

Forekomsten av et slikt sammenbrudd kan oppstå av to hovedårsaker: utilstrekkelig varmefjerning og overoppheting av p-n-krysset, som oppstår på grunn av strømmen av elektrisk strøm gjennom det med for høye hastigheter.

En økning i temperatur i overgangen og nærliggende områder forårsaker følgende konsekvenser:

1. Vekst av atomvibrasjoner, inkludert i krystallen.
2. Truffet elektroner inn i ledningsbåndet.
3. En kraftig økning i temperaturen.
4. Ødeleggelse og deformasjon krystallstrukturer.
5. Fullstendig fiasko og sammenbrudd av hele radiokomponenten.

Vi hører ofte at denne eller den enheten fungerer på dioder. Hva er en diode?

En diode er et elektronisk element som passerer strøm godt i én retning, men viser sterk motstand når man prøver å føre strøm gjennom det i motsatt retning.

Hvordan moderne dioder fungerer

For tiden brukes halvlederdioder laget av germanium eller silisium. En slik diode er en plate delt i to deler. I en del er mangel på elektroner kunstig skapt. Dette er et område med p-type konduktivitet (fra ordet positiv). Den positive terminalen til dioden kalles anoden.

Den andre delen har et overskudd av elektroner. Dette er et område med n-type ledningsevne (fra ordet negativ). Den negative terminalen til dioden kalles katoden.

Grensen mellom disse områdene kalles et p-n-kryss.

Hvordan fungerer en diode?

Hvis du kobler den positive polen til strømkilden til anoden til dioden, og den negative polen til katoden, vil en elektrisk strøm flyte gjennom en slik krets. Hvis kretsen også inkluderer en lyspære, vil den lyse. Hva vil dioden gjøre hvis de positive og negative terminalene på strømforsyningen er reversert? Det vil gi sterk motstand mot strømmen. Strømmen vil bli så svak at lyspæren ikke vil lyse.

Hva er dioder for?

Hovedanvendelsen av dioder er konvertering av vekselstrøm til likestrøm. Dioden er det viktigste strukturelle elementet i alle strømforsyninger, inkludert den som er på datamaskinen din.

Dioder er også mye brukt i logiske kretser der det er nødvendig å sikre passering av strøm i ønsket retning. Slike kretser brukes i enheter av analog type.

Vi vet alle veldig godt hva en halvlederdiode er, men de færreste av oss vet om prinsippet for drift av en diode. I dag, spesielt for nybegynnere, vil jeg forklare prinsippet for dens virkemåte. Som kjent passerer en diode strøm godt på den ene siden, men svært dårlig i motsatt retning. Dioden har to terminaler - anode og katode. Ikke en eneste elektronisk enhet kan klare seg uten bruk av dioder. Dioden brukes til å likerette vekselstrøm, ved hjelp av en diodebro som består av fire dioder kan du gjøre om vekselstrøm til likestrøm, eller ved hjelp av seks dioder kan du gjøre om trefasespenning til enfase, dioder brukes i en rekke strømforsyninger, i lyd- og videoenheter, nesten overalt . Her kan du se bilder av noen.

Ved utgangen av dioden kan du merke et fall i det innledende spenningsnivået med 0,5-0,7 volt. For strømforsyningsenheter med lavere spenning brukes en Schottky-diode; på en slik diode observeres det minste spenningsfallet - omtrent 0,1V. Schottky-dioder brukes hovedsakelig i radiosende- og mottaksenheter og i andre enheter som hovedsakelig opererer ved høye frekvenser. Driftsprinsippet til en diode er ganske enkelt ved første øyekast: en diode er en halvlederenhet med enveis ledningsevne av elektrisk strøm.

Diodeterminalen koblet til den positive polen til strømkilden kalles anoden, og den negative terminalen kalles katoden. Diodekrystallen er hovedsakelig laget av germanium eller silisium, hvorav ett område har n-type elektrisk ledningsevne, det vil si et hullområde, som inneholder en kunstig skapt mangel på elektroner, den andre - n-type ledningsevne, det vil si inneholder et overskudd av elektroner, grensen mellom dem kalles et n-n-kryss , n er første bokstav i ordet positiv på latin, n er første bokstav i ordet negativ. Hvis en positiv spenning påføres anoden på dioden, og en negativ spenning påføres katoden, vil dioden sende strøm, dette kalles direkte tilkobling, i denne posisjonen er dioden åpen, hvis omvendt påføres, diode vil ikke passere strøm, i denne posisjonen er dioden lukket, dette kalles omvendt tilkobling.

Den omvendte motstanden til dioden er veldig høy og i kretser regnes den som en dielektrisk (isolator). For å demonstrere driften av en halvlederdiode kan du sette sammen en enkel krets som består av en strømkilde, en last (for eksempel en glødelampe eller en laveffekts elektrisk motor) og selve halvlederdioden. Vi kobler alle komponentene til kretsen i serie, vi leverer pluss fra strømkilden til anoden til dioden, i serie til dioden, det vil si at vi kobler den ene enden av lyspæren til katoden til dioden, og koble den andre enden av den samme lampen til minus av strømkilden. Vi observerer gløden til lampen, nå snur vi dioden, lampen vil ikke lenger lyse fordi dioden er koblet tilbake, overgangen er lukket. Jeg håper dette vil hjelpe deg på en eller annen måte i fremtiden, nybegynnere - A. Kasyan (AKA).