Από την ηλεκτρονική σχεδίαση έως την παραγωγή και την επισκευή, οι δίοδοι χρησιμοποιούνται εκτενώς για πολλές εφαρμογές. Αυτά είναι διαφορετικών τύπων και μεταφέρουν το ηλεκτρικό ρεύμα με βάση τις ιδιότητες και τις προδιαγραφές της συγκεκριμένης δίοδος. Πρόκειται κυρίως για διόδους διασταύρωσης P-N, διόδους φωτοευαισθησίας, διόδους Zener, διόδους Schottky, διόδους Varactor. Οι φωτοευαίσθητες δίοδοι περιλαμβάνουν LED, φωτοδιόδους και φωτοβολταϊκά κύτταρα. Μερικά από αυτά εξηγούνται εν συντομία σε αυτό το άρθρο.
1. Δίοδος Σύνδεσης Ρ-Ν
Η σύνδεση P-N είναι μια συσκευή ημιαγωγών, η οποία σχηματίζεται από υλικό ημιαγωγών τύπου P και Ν. Ο τύπος Ρ έχει υψηλή συγκέντρωση οπών και ο τύπος Ν έχει υψηλή συγκέντρωση ηλεκτρονίων. Η διάχυση των οπών είναι από τον τύπο p στον τύπο n και η διάχυση των ηλεκτρονίων από τον τύπο n στον τύπο p.
Τα ιόντα δότες στην περιοχή τύπου-n φορτίζονται θετικά καθώς τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον τύπο-η στον τύπο-ρ. Ως εκ τούτου, ένα θετικό φορτίο είναι χτισμένο στη Ν-πλευρά της διασταύρωσης. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κατά μήκος της διασταύρωσης είναι τα αρνητικά ιόντα δέκτη με συμπλήρωση των οπών, και στη συνέχεια το αρνητικό φορτίο που καθορίζεται στην πλευρά p της διασταύρωσης φαίνεται στο σχήμα.
Ένα ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται από τα θετικά ιόντα στην περιοχή τύπου-n και τα αρνητικά ιόντα στις περιοχές τύπου-ρ. Αυτή η περιοχή ονομάζεται περιοχή διάχυσης. Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό πεδίο σαρώνει γρήγορα τους ελεύθερους μεταφορείς, ως εκ τούτου η περιοχή έχει εξαντληθεί από ελεύθερους φορείς. Ενσωματωμένο δυναμικό Vμελόγω Ê σχηματίζεται στη διασταύρωση φαίνεται στο σχήμα.
Λειτουργικό διάγραμμα της διόδου σύνδεσης P-N:
Λειτουργικό διάγραμμα της διόδου σύνδεσης P-N
Προώθηση χαρακτηριστικά του P-N Junction:
Όταν ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας είναι συνδεδεμένος με τον τύπο P και ο αρνητικός ακροδέκτης είναι συνδεδεμένος με τον τύπο Ν καλείται μπροστινή μεροληψία της διασταύρωσης P-N φαίνεται παρακάτω.
Προώθηση χαρακτηριστικά του P-N Junction
Εάν αυτή η εξωτερική τάση γίνει μεγαλύτερη από την τιμή του δυνητικού φράγματος, περίπου 0,7 βολτ για πυρίτιο και 0,3V για Ge, το πιθανό φράγμα διασχίζεται και το ρεύμα αρχίζει να ρέει λόγω της κίνησης ηλεκτρονίων κατά μήκος της διασταύρωσης και το ίδιο για τις οπές.
P-N Junction Προώθηση προκαταλήψεις χαρακτηριστικά
Αντίστροφα χαρακτηριστικά του P-N Junction:
Όταν μια θετική τάση δίνεται στο τμήμα n και αρνητική τάση στο τμήμα p της διόδου, λέγεται ότι βρίσκεται σε κατάσταση αντίστροφης μεροληψίας.
Κύκλωμα Αντίστροφης Χαρακτηριστικής Σύνδεσης P-N
Όταν δίνεται θετική τάση στο τμήμα Ν της διόδου, τα ηλεκτρόνια κινούνται προς το θετικό ηλεκτρόδιο και η εφαρμογή αρνητικής τάσης στο τμήμα ρ κάνει τις οπές να κινούνται προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια διασχίζουν τη διασταύρωση για να συνδυαστούν με τις οπές στην αντίθετη πλευρά της διασταύρωσης και το αντίστροφο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα στρώμα εξάντλησης, το οποίο έχει ένα μονοπάτι υψηλής σύνθετης αντίστασης με ένα φράγμα υψηλού δυναμικού.
Χαρακτηριστικά αντίστροφης μεροληψίας διασταύρωσης P-N
Εφαρμογές του P-N Junction Diode:
Η δίοδος διακλάδωσης P-N είναι μια συσκευή ευαίσθητη σε πολικότητα δύο ακροδεκτών, η δίοδος συμπεριφέρεται όταν προωθείται μεροληψία και η δίοδος δεν πραγματοποιείται όταν αντιστρέφεται μεροληψία. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, η δίοδος σύνδεσης P-N χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές όπως
- Ανορθωτές στο DC παροχή ηλεκτρικού ρεύματος
- Κυκλώματα αποδιαμόρφωσης
- Δίκτυα αποκοπής και σύσφιξης
2. Φωτοδίοδος
Η φωτοδίοδος είναι ένα είδος δίοδος που παράγει ρεύμα ανάλογο με την προσπίπτουσα ελαφριά ενέργεια. Είναι ένας μετατροπέας φωτός σε τάση / ρεύμα που βρίσκει εφαρμογές σε συστήματα ασφαλείας, μεταφορείς, συστήματα αυτόματης εναλλαγής κ.λπ. Η φωτοδίοδος είναι παρόμοια με ένα LED στην κατασκευή, αλλά η σύνδεση του p-n είναι πολύ ευαίσθητη στο φως. Η σύνδεση p-n μπορεί να εκτεθεί ή να συσκευαστεί με ένα παράθυρο για να εισέλθει φως στη διασταύρωση P-N. Κάτω από την κατάσταση μεροληψίας προς τα εμπρός, το ρεύμα περνά από την άνοδο προς την κάθοδο, ενώ στην αντίστροφη μεροληπτική κατάσταση, το ρεύμα φωτορεύεται προς την αντίστροφη κατεύθυνση. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η συσκευασία του Photodiode είναι παρόμοια με το LED με ανόδους και καθοδικούς αγωγούς που προεξέχουν από τη θήκη.
Φωτογραφία Δίοδος
Υπάρχουν δύο είδη φωτοδιόδων - φωτοδιόδους PN και PIN. Η διαφορά είναι στην απόδοσή τους. Η φωτοδίοδος PIN έχει εγγενή στρώση, οπότε πρέπει να είναι αντίστροφη προκατειλημμένη. Ως αποτέλεσμα της αντίστροφης πόλωσης, το πλάτος της περιοχής εξάντλησης αυξάνεται και η χωρητικότητα της σύνδεσης p-n μειώνεται. Αυτό επιτρέπει την παραγωγή περισσότερων ηλεκτρονίων και οπών στην περιοχή εξάντλησης. Αλλά ένα μειονέκτημα της αντίστροφης πόλωσης είναι ότι δημιουργεί ρεύμα θορύβου που μπορεί να μειώσει την αναλογία S / N. Έτσι, η αντίστροφη πόλωση είναι κατάλληλη μόνο σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλότερο εύρος ζώνης . Η φωτοδίοδος PN είναι ιδανική για εφαρμογές χαμηλού φωτισμού, επειδή η λειτουργία είναι αμερόληπτη.
Η φωτοδίοδος λειτουργεί σε δύο τρόπους, συγκεκριμένα στη λειτουργία Φωτοβολταϊκή και στη λειτουργία Φωτοαγωγού. Στη φωτοβολταϊκή λειτουργία (ονομάζεται επίσης λειτουργία μηδενικής μεροληψίας), το φωτοκύτταρο από τη συσκευή περιορίζεται και αυξάνεται μια τάση. Η φωτοδίοδος είναι τώρα σε κατάσταση προκατάληψης προς τα εμπρός και ένα «σκοτεινό ρεύμα» αρχίζει να ρέει κατά μήκος της διασταύρωσης p-n. Αυτή η ροή σκοτεινού ρεύματος συμβαίνει απέναντι από την κατεύθυνση του φωτορεύματος. Το σκοτεινό ρεύμα δημιουργεί απουσία φωτός. Το σκοτεινό ρεύμα είναι το φωτοκύτταρο που προκαλείται από την ακτινοβολία φόντου συν το ρεύμα κορεσμού στη συσκευή.
Η φωτοαγωγική λειτουργία εμφανίζεται όταν η φωτοδίοδος είναι αντίστροφη προκατειλημμένη. Ως αποτέλεσμα αυτού, το πλάτος του στρώματος εξάντλησης αυξάνεται και οδηγεί σε μείωση της χωρητικότητας της σύνδεσης p-n. Αυτό αυξάνει το χρόνο απόκρισης της διόδου. Η ανταπόκριση είναι ο λόγος του φωτορεύματος που δημιουργείται προς την προσπίπτουσα ελαφριά ενέργεια. Στη λειτουργία φωτοαγωγιμότητας, η δίοδος παράγει μόνο ένα μικρό ρεύμα που ονομάζεται κορεσμένο ρεύμα ή πίσω ρεύμα κατά την κατεύθυνσή του. Το φωτοκύτταρο παραμένει το ίδιο σε αυτήν την κατάσταση. Το φωτοκύτταρο είναι πάντοτε ανάλογο με τη φωτεινότητα. Ακόμα κι αν η φωτοαγωγική λειτουργία είναι ταχύτερη από τη φωτοβολταϊκή λειτουργία, ο ηλεκτρονικός θόρυβος σε υψηλότερη σε φωτοαγωγική λειτουργία. Οι φωτοδίοδοι με βάση το πυρίτιο παράγουν λιγότερο θόρυβο από τις φωτοδιόδους με βάση το γερμάνιο, καθώς οι φωτοδιόδους πυριτίου έχουν μεγαλύτερο εύρος ζώνης.
3. Δίοδος Zener
Η δίοδος Zener είναι ένας τύπος δίοδος που επιτρέπει τη ροή του ρεύματος προς την μπροστινή κατεύθυνση παρόμοια με τη δίοδο ανορθωτή, αλλά ταυτόχρονα, μπορεί να επιτρέψει την αντίστροφη ροή του ρεύματος επίσης όταν η τάση είναι πάνω από την τιμή κατανομής του Zener. Αυτό είναι συνήθως ένα έως δύο βολτ υψηλότερο από την ονομαστική τάση του Zener και είναι γνωστό ως τάση Zener ή σημείο χιονοστιβάδας. Το Zener πήρε το όνομά του από την Clarence Zener που ανακάλυψε τις ηλεκτρικές ιδιότητες της διόδου. Οι δίοδοι Zener βρίσκουν εφαρμογές στη ρύθμιση τάσης και στην προστασία συσκευών ημιαγωγών από διακυμάνσεις τάσης. Οι δίοδοι Zener χρησιμοποιούνται ευρέως ως αναφορές τάσης και ως ρυθμιστές διακλάδωσης για τη ρύθμιση της τάσης στα κυκλώματα.
Η δίοδος Zener χρησιμοποιεί τη σύνδεση p-n στη λειτουργία αντίστροφης προκατάληψης για να δώσει το Εφέ Zener. Κατά τη διάρκεια του φαινομένου Zener ή της ανάλυσης Zener, το Zener διατηρεί την τάση κοντά σε μια σταθερή τιμή γνωστή ως τάση Zener. Η συμβατική δίοδος έχει επίσης την ιδιότητα της αντίστροφης πόλωσης, αλλά εάν ξεπεραστεί η τάση αντίστροφης πόλωσης, η δίοδος θα υποβληθεί σε υψηλό ρεύμα και θα υποστεί ζημιά. Η δίοδος Zener, από την άλλη πλευρά, είναι ειδικά σχεδιασμένη ώστε να έχει μειωμένη τάση διακοπής που ονομάζεται τάση Zener. Η δίοδος Zener εμφανίζει επίσης την ιδιότητα μιας ελεγχόμενης βλάβης και επιτρέπει στο ρεύμα να διατηρήσει την τάση σε όλη τη δίοδο Zener κοντά στην τάση διακοπής. Για παράδειγμα, ένα Zener 10 volt θα πέσει 10 volt σε ένα ευρύ φάσμα αντίστροφων ρευμάτων.
Όταν η δίοδος Zener έχει αντίστροφη μεροληψία, η διασταύρωση p-n της θα αντιμετωπίσει μια βλάβη της χιονοστιβάδας και η Zener πραγματοποιεί την αντίστροφη κατεύθυνση. Υπό την επίδραση του εφαρμοσμένου ηλεκτρικού πεδίου, τα ηλεκτρικά ηλεκτρόνια θα επιταχυνθούν για να χτυπήσουν και να απελευθερώσουν άλλα ηλεκτρόνια. Αυτό τελειώνει με το αποτέλεσμα της χιονοστιβάδας. Όταν συμβεί αυτό, μια μικρή αλλαγή στην τάση θα έχει ως αποτέλεσμα μεγάλη ροή ρεύματος. Η διάσπαση του Zener εξαρτάται από το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο καθώς και από το πάχος του στρώματος στο οποίο εφαρμόζεται η τάση.
Η δίοδος Zener απαιτεί μια περιοριστική αντίσταση ρεύματος σε σειρά σε αυτήν για να περιορίσει την τρέχουσα ροή μέσω του Zener. Συνήθως, το ρεύμα Zener είναι σταθερό ως 5 mA. Για παράδειγμα, εάν ένα Zener 10 V χρησιμοποιείται με τροφοδοσία 12 volt, μια τιμή 400 Ohms (Η τιμή πλησίον είναι 470 Ohms) είναι ιδανική για να διατηρήσετε το Zener ρεύμα ως 5 mA. Εάν η τροφοδοσία είναι 12 βολτ, υπάρχουν 10 βολτ στη δίοδο Zener και 2 βολτ στην αντίσταση. Με 2 βολτ στην αντίσταση 400 ohms, τότε το ρεύμα μέσω της αντίστασης και του Zener θα είναι 5 mA. Έτσι, κατά κανόνα 220 Ohms έως 1K αντιστάσεις χρησιμοποιούνται σε σειρά με το Zener ανάλογα με την τάση τροφοδοσίας. Εάν το ρεύμα μέσω του Zener είναι ανεπαρκές, η έξοδος δεν θα ρυθμίζεται και είναι μικρότερη από την ονομαστική τάση διακοπής.
Ο ακόλουθος τύπος είναι χρήσιμος για τον προσδιορισμό του ρεύματος μέσω του Zener:
Zener = (VIn - V Out) / R Ohms
Η τιμή του Resistor R πρέπει να πληροί δύο προϋποθέσεις.
- Πρέπει να είναι χαμηλή τιμή για να επιτρέπεται επαρκές ρεύμα μέσω του Zener
- Η ισχύς της αντίστασης πρέπει να είναι αρκετά υψηλή για να προστατεύει το Zener.
Δικαιώματα φωτογραφίας:
