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.

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.

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.

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.