Полупроводниковый диод. Принцип работы. Применение. Типы, виды, категории, классификация.

Полупроводниковые диоды. Принцип работы. Применение в схемах. Свойства. Математическая модель. Классификация. (10+)

Полупроводниковый диод - Принцип работы

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Диод - электронный прибор, обладающий свойством односторонней проводимости. То есть, если приложить к нему напряжение одной полярности, то через него потечет ток, а если противоположной полярности, то нет.

История диода начинается с использования природных особенностей некоторых минералов. Наблюдательные люди заметили, что некоторые точки на некоторых природных минералах обладают свойством односторонней проводимости. То есть, если взять такой кристалл, подключить к нему один контакт, а другой снабдить иголкой, то, передвигая такую иголку по кристаллу, можно найти точки, через которые ток будет идти только в одну сторону. С позиции наших сегодняшних знаний мы легко можем объяснить этот эффект. Кристалл - из полупроводникового материала. На его поверхности вкрапления из других материалов. На границе сред образуется p-n переход. Все происходит точно так же, как в современных диодах, только в природе этот процесс - случайный. Такой диод очень непрактичный. Не всякие кристаллы имеют соответствующие точки, точки очень небольшие, их трудно найти и легко сковырнуть иголкой. Но в самом начале эры электроники это был прорыв.

Дальше настала эра вакуумных приборов. Диод выполнялся в виде стеклянной колбы, в которой устанавливались два электрода: анод и катод. Катод снабжался спиралью для нагрева. Нагретый катод испускал электроны, которые направлялись к аноду. Таким образом, если приложить положительный потенциал к аноду, а отрицательный - к катоду, то возникал ток, если наоборот, то нет. Вакуумные диоды были тоже очень неудобными. Они работали только при достаточно высоком напряжении между анодом и катодом, обладали большим внутренним сопротивлением, требовали много энергии на нагрев катода.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Наконец был предложен полупроводниковый диод (ПД) на основе искусственно созданного p-n перехода. Такой диод очень удобен, так как может быть выполнен как отдельно, так и в составе интегральной схемы. Выбирая размеры и технологию формирования перехода, можно получить диод с заданными свойствами.

Настоящая статья обходит вниманием вопросы технологии изготовления диода. Скажу только, что общий подход таков. Формируется однородный кристалл полупроводника с примесью. В некоторую его область помещается другая примесь. На границе этих двух сред образуется p-n переход.

Эта статья входит в цикл, посвященный современной полупроводниковой схемотехнике. Планируется выход еще ряда статей. Подпишитесь, чтобы узнавать о выходе новых статей, если Вам это интересно.

Математическая модель диода. Обозначение.

Полупроводниковый диод имеет два вывода. Выводы называются: Анод и Катод. Полупроводниковый диод обладает свойством односторонней проводимости. Диод проводит ток, если к аноду приложить положительное напряжение, а к катоду - отрицательное. Если наоборот, то проводимость отсутствует.

Полупроводниковый диод позволяет создавать асимметричные с точки зрения полярности сигнала схемы. Например, выпрямители, преобразующие переменный ток в пульсирующий однополярный, или детекторы, выделяющие низкочастотную огибающую из высокочастотного сигнала.

Полупроводниковый диод. Принцип работы. Применение. Типы, виды, категории, классификация

На схемах полупроводниковый диод обозначается, как показано на рисунке.

Полупроводниковый диод на основе искусственного p-n перехода обладает проводимостью, описываемой следующей формулой:

[Ток через диод] = [Обратный ток диода] * (exp([Напряжение на диоде] * [K]) - 1).

Где [K] = ln([Ток измерения напряжения насыщения] / [Обратный ток диода] + 1) / [Напряжение насыщения при токе измерения].

[Обратный ток диода], [Напряжение насыщения при токе измерения] и [Ток измерения напряжения насыщения] - данные из справочника. В справочнике обычно пишут: 'Напряжение насыщения 0.8 В при токе 1 А' или 'Максимальное прямое напряжение 0.8 В при токе 7 А'. Это как раз и есть нужные параметры. Еще ток измерения иногда приводят в сноске.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода. Проводимость

На рисунке приведена Вольтамперная характеристика полупроводникового диода, зависимость тока и напряжения. Как мы видим, рост напряжения на диоде приводит к очень быстрому, экспоненциальному росту тока.

Идеальный полупроводниковый диод

Идеальный ПД имеет нулевой ток при обратном включении (плюс на катод, минус на анод), и на нем нулевое падение напряжения при прямом включении (плюс на анод, минус на катод). Он не имеет внутренних индуктивности и емкости. Переключение происходит мгновенно, то есть, как только полярность тока сменилась, изменяется проводимость - ток возникает, падение напряжения пропадает, или ток пропадает, падение напряжения возникает.

Идеальный полупроводниковый диод не рассеивает мощности, так как рассеиваемая мощность равна произведению тока на напряжение, а на идеальном диоде либо нулевой ток, либо нулевое напряжение.

Идеальный ПД никогда не нагревается, имеет нулевые размеры, не занимает место на плате. Он не шумит, не создает шумовых помех в проходящем токе. Идеальный ПД выдерживает любое напряжение и любой ток.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

 

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Питание светодиода. Драйвер. Светодиодный фонарь, фонарик. Своими рука...
Включение светодиодов в светодиодном фонаре....

Полевой транзистор. Определение. Обозначение. Типы, виды, категории, к...
Полевой транзистор. Определение. Обозначение. Классификация ...

Транзисторы КТ503, 2Т503. Справочник, справочные данные, параметры, цо...
Характеристики и применение биполярных транзисторов КТ503 (КТ503А, КТ503Б, КТ503...

Импульсный преобразователь, источник. Синус, синусоида, синусоидальное...
Импульсный силовой преобразователь напряжения в чисто синусоидальное. Принципиал...

Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра...
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим...

Пушпульный двухтактный импульсный стабилизированный преобразователь на...
Как работает пуш-пульный стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание п...

Импульсный источник питания светодиода светодиодного фонаря, светильни...
Схема импульсного источника питания ярких светодиодов....

Дифференциальный усилитель, усилительный каскад - схемы. Усиление разн...
Схемы и характеристики дифференциальных усилителей на дискретных элементах и на ...