Hva er en diode?

En diode er en to-terminal elektronisk komponent, begrenser flyten strøm i én retning og lar den flyte fritt i motsatt retning. Den har mange bruksområder i elektroniske kretser og kan brukes til å bygge likerettere, vekselrettere og generatorer.

I denne artikkelen tar vi blikk hva er en diode og hvordan fungerer den. Vi vil også se på noen av dens vanlige bruk i elektroniske kretser. Så la oss komme i gang!

Hvordan fungerer en diode?

En diode er en elektronisk enhet som den lar strømmen må gå i én retning. De finnes vanligvis i elektriske kretser. De opererer på grunnlag av halvledermaterialet de er laget av, som kan være enten N-type eller P-type. Hvis dioden er N-type, vil den bare sende strøm når spenning påføres i samme retning som pilen på dioden, mens P-type dioder bare vil sende strøm når spenning påføres i motsatt retning av pilen.

Halvledermaterialet lar strømmen flyte og skaperuttømmingssone', dette er regionen der elektroner er forbudt. Etter at spenningen er påført, når utarmingssonen begge ender av dioden og lar strøm flyte gjennom den. Denne prosessen kalles "skjevhet fremover'.

Hvis spenning påføres omvendt halvledermateriale, revers bias. Dette vil føre til at utarmingssonen strekker seg fra bare den ene enden av terminalen og stopper strømmen fra å flyte. Dette er fordi hvis spenning ble påført langs samme rute som pilen på en P-type halvleder, ville P-type halvlederen virke som en N-type fordi den ville tillate elektroner å bevege seg i motsatt retning av pilen.

Diodestrøm flyt

Hva brukes dioder til?

Dioder brukes til konvertere likestrøm til vekselstrøm, samtidig som den blokkerer omvendt ledning av elektriske ladninger. Denne hovedkomponenten kan også finnes i dimmere, elektriske motorer og solcellepaneler.

Dioder brukes i datamaskiner for Sikkerhet elektroniske datamaskinkomponenter fra skade på grunn av strømstøt. De reduserer eller blokkerer spenning utover det som kreves av maskinen. Det reduserer også datamaskinens strømforbruk, sparer strøm og reduserer varmen som genereres inne i enheten. Dioder brukes i avanserte apparater som ovner, oppvaskmaskiner, mikrobølgeovner og vaskemaskiner. De brukes i disse enhetene for å beskytte mot skader på grunn av strømstøt forårsaket av strømbrudd.

Påføring av dioder

• korreksjon
• Som en bryter
• Kildeisolasjonskrets
• Som referansespenning
• Frekvensmikser
• Reverserende strømbeskyttelse
• Beskyttelse mot omvendt polaritet
• Overspenningsvern
• AM-konvoluttdetektor eller demodulator (diodedetektor)
• Som en lyskilde
• I den positive temperatursensorkretsen
• I lyssensorkretsen
• Solcellebatteri eller solcellebatteri
• Som en klipper
• Som en holder

Diodens historie

Ordet "diode" kommer fra Греческий ordet "diodous" eller "diodos". Formålet med en diode er å la elektrisitet flyte i bare én retning. En diode kan også kalles en elektronisk ventil.

Ble funnet Henry Joseph runde gjennom sine eksperimenter med elektrisitet i 1884. Disse eksperimentene ble utført ved bruk av et vakuumglassrør, inni hvilket det var metallelektroder i begge ender. Katoden har en plate med positiv ladning og anoden har en plate med negativ ladning. Når strømmen gikk gjennom røret, ville det lyse opp, noe som indikerer at energi strømmet gjennom kretsen.

Hvem oppfant dioden

Selv om den første halvlederdioden ble oppfunnet i 1906 av John A. Fleming, er den kreditert til William Henry Price og Arthur Schuster for å ha oppfunnet enheten uavhengig av hverandre i 1907.

William Henry Preece og Arthur Schuster

Diodetyper

• Liten signaldiode
• Stor signaldiode
• Stabilitron
• lysdiode (LED)
• DC-dioder
• Schottky diode
• Shockley Diode
• Step recovery dioder
• tunnel diode
• Varaktor diode
• laserdiode
• Transient undertrykkelsesdiode
• Gull dopede dioder
• Superbarrieredioder
• Peltier diode
• krystall diode
• Skreddiode
• Silisiumkontrollert likeretter
• Vakuumdioder
• PIN-diode
• kontaktpunkt
• Diode Hanna

Liten signaldiode

En liten signaldiode er en halvlederenhet med rask koblingsevne og lavt ledningsspenningsfall. Det gir en høy grad av beskyttelse mot skade på grunn av elektrostatisk utladning.

Stor signaldiode

En stor signaldiode er en type diode som overfører signaler med et høyere effektnivå enn en liten signaldiode. En stor signaldiode brukes vanligvis til å konvertere AC til DC. En stor signaldiode vil overføre signalet uten strømtap og er billigere enn en elektrolytisk kondensator.

En avkoblingskondensator brukes ofte i kombinasjon med en stor signaldiode. Bruken av denne enheten påvirker den forbigående responstiden til kretsen. Avkoblingskondensatoren hjelper til med å begrense spenningssvingninger forårsaket av impedansendringer.

Stabilitron

En Zener-diode er en spesiell type som kun vil lede strøm i området rett under likespenningsfallet. Dette betyr at når den ene terminalen til en zenerdiode er energisert, lar den strøm gå fra den andre terminalen til den energiserte terminalen. Det er viktig at denne enheten brukes riktig og er jordet, ellers kan den skade kretsen permanent. Det er også viktig at denne enheten brukes utendørs, da den vil svikte hvis den plasseres i en fuktig atmosfære.

Når nok strøm tilføres zenerdioden, skapes et spenningsfall. Hvis denne spenningen når eller overstiger sammenbruddsspenningen til maskinen, lar den strøm flyte fra en terminal.

lysdiode (LED)

En lysemitterende diode (LED) er laget av et halvledermateriale som sender ut lys når en tilstrekkelig mengde elektrisk strøm føres gjennom den. En av de viktigste egenskapene til LED er at de konverterer elektrisk energi til optisk energi meget effektivt. Lysdioder brukes også som indikatorlys for å indikere mål på elektroniske enheter som datamaskiner, klokker, radioer, fjernsyn og så videre.

LED-en er et godt eksempel på utviklingen av mikrobrikketeknologi og har muliggjort betydelige endringer innen belysning. LED-er bruker minst to halvlederlag for å generere lys, ett pn-kryss for å generere bærere (elektroner og hull), som deretter sendes til motsatte sider av et "barriere"-lag som fanger opp hull på den ene siden og elektroner på den andre. . Energien til de fangede bærerne rekombinerer i en "resonans" kjent som elektroluminescens.

LED anses å være en effektiv type belysning fordi den avgir lite varme sammen med lyset. Den har lengre levetid enn glødelamper, som kan vare opptil 60 ganger lenger, har høyere lyseffekt og avgir mindre giftige utslipp enn tradisjonelle lysrør.

Den største fordelen med LED er det faktum at de krever svært lite strøm for å fungere, avhengig av type LED. Det er nå mulig å bruke lysdioder med strømforsyninger fra solceller til batterier og til og med vekselstrøm (AC).

Det finnes mange forskjellige typer lysdioder, og de kommer i en rekke farger, inkludert rød, oransje, gul, grønn, blå, hvit og mer. I dag finnes LED med en lysstrøm på 10 til 100 lumen per watt (lm/W), som er nesten det samme som konvensjonelle lyskilder.

DC-dioder

En konstantstrømdiode, eller CCD, er en type spenningsregulatordiode for strømforsyninger. Hovedfunksjonen til CCD er å redusere utgangseffekttap og forbedre spenningsstabiliseringen ved å redusere svingningene når belastningen endres. CCD-en kan også brukes til å justere DC-inngangseffektnivåer og til å kontrollere DC-nivåer på utgangsskinnene.

Schottky diode

Schottky-dioder kalles også varmebærerdioder.

Schottky-dioden ble oppfunnet av Dr. Walter Schottky i 1926. Oppfinnelsen av Schottky-dioden har tillatt oss å bruke LED-er (lysemitterende dioder) som pålitelige signalkilder.

Dioden har en svært gunstig effekt når den brukes i høyfrekvente kretser. Schottky-dioden består hovedsakelig av tre komponenter; P, N og metall-halvleder-overgang. Utformingen av denne enheten er slik at en skarp overgang dannes inne i den solide halvlederen. Dette gjør at bærere kan gå fra halvleder til metall. I sin tur bidrar dette til å redusere foroverspenningen, som igjen reduserer strømtap og øker svitsjehastigheten til enheter som bruker Schottky-dioder med en veldig stor margin.

Shockley Diode

Shockley-dioden er en halvlederenhet med et asymmetrisk arrangement av elektroder. Dioden vil lede strøm i én retning og mye mindre hvis polariteten er reversert. Hvis en ekstern spenning opprettholdes over Shockley-dioden, vil den gradvis forspennes etter hvert som den påførte spenningen øker, opp til et punkt som kalles "avskjæringsspenning" der det ikke er noen nevneverdig strøm ettersom alle elektronene rekombinerer med hullene. . Utover avskjæringsspenningen på den grafiske representasjonen av strøm-spenningskarakteristikken, er det et område med negativ motstand. Shockley vil fungere som en forsterker med negative motstandsverdier i dette området.

Shockleys arbeid kan best forstås ved å dele det ned i tre deler kjent som regioner, strømmen i motsatt retning fra bunn til topp er henholdsvis 0, 1 og 2.

I region 1, når en positiv spenning påføres for forspenning, diffunderer elektroner inn i n-type halvlederen fra p-type materialet, hvor en "utarmingssone" dannes på grunn av utskifting av majoritetsbærere. Uttømmingssonen er området der ladningsbærere fjernes når en spenning påføres. Utarmingssonen rundt pn-krysset hindrer strøm i å flyte gjennom fronten av den ensrettede enheten.

Når elektroner kommer inn på n-siden fra p-type siden, dannes det en "deplesjonssone" i overgangen fra bunn til topp inntil hullets strømbane er blokkert. Hull som beveger seg fra topp til bunn rekombineres med elektroner som beveger seg fra bunn til topp. Det vil si at mellom utarmingssonene til ledningsbåndet og valensbåndet vises en "rekombinasjonssone", som forhindrer videre flyt av hovedbærerne gjennom Shockley-dioden.

Strømstrømmen styres nå av en enkelt bærer, som er minoritetsbæreren, dvs. elektroner i dette tilfellet for en n-type halvleder og hull for et p-type materiale. Så vi kan si at her er strømmen kontrollert av majoritetsbærerne (hull og elektroner) og strømstrømmen er uavhengig av påført spenning så lenge det er nok ledige bærere til å lede.

I region 2 rekombinerer elektroner som sendes ut fra utarmingssonen med hull på den andre siden og skaper nye majoritetsbærere (elektroner i et p-type materiale for en n-type halvleder). Når disse hullene går inn i utarmingssonen, fullfører de strømbanen gjennom Shockley-dioden.

I region 3, når en ekstern spenning påføres for omvendt forspenning, vises et romladningsområde eller en utarmingssone i krysset, bestående av både majoritets- og minoritetsbærere. Elektron-hull-parene er separert på grunn av påføring av en spenning over dem, noe som resulterer i en driftstrøm gjennom Shockley. Dette fører til at en liten mengde strøm flyter gjennom Shockley-dioden.

Step recovery dioder

En trinngjenopprettingsdiode (SRD) er en halvlederenhet som kan gi en fast, ubetinget stabil ledningstilstand mellom anode og katode. Overgangen fra av-tilstand til på-tilstand kan være forårsaket av negative spenningspulser. Når den er på, oppfører SRD seg som en perfekt diode. Når den er av, er SRD hovedsakelig ikke-ledende med noe lekkasjestrøm, men vanligvis ikke nok til å forårsake betydelig strømtap i de fleste applikasjoner.

Figuren nedenfor viser trinngjenopprettingsbølgeformer for begge typer SRD-er. Den øvre kurven viser den raske gjenopprettingstypen, som sender ut store mengder lys når den går i av-tilstand. I kontrast viser den nedre kurven en ultrarask gjenopprettingsdiode optimalisert for høyhastighetsdrift og viser kun ubetydelig synlig stråling under på-til-av-overgangen.

For å slå på SRD, må anodespenningen overskride maskinterskelspenningen (VT). SRD vil slå seg av når anodepotensialet er mindre enn eller lik katodepotensialet.

tunnel diode

En tunneldiode er en form for kvanteteknikk som tar to deler av en halvleder og forbinder den ene delen med den andre siden vendt ut. Tunneldioden er unik ved at elektronene strømmer gjennom halvlederen i stedet for rundt den. Dette er en av hovedgrunnene til at denne typen teknikk er så unik, fordi ingen annen form for elektrontransport til dette punktet har vært i stand til å oppnå en slik bragd. En av grunnene til at tunneldioder er så populære er at de tar mindre plass enn andre former for kvanteteknikk og kan også brukes i mange applikasjoner på mange områder.

Varaktor diode

En varaktordiode er en halvleder som brukes i en spenningsregulert variabel kapasitans. Varaktordioden har to koblinger, en på anodesiden av PN-krysset og den andre på katodesiden av PN-krysset. Når du legger en spenning på en varaktor, tillater den at det dannes et elektrisk felt som endrer bredden på uttømmingslaget. Dette vil effektivt endre kapasitansen.

laserdiode

En laserdiode er en halvleder som sender ut koherent lys, også kalt laserlys. Laserdioden sender ut rettede parallelle lysstråler med lav divergens. Dette er i motsetning til andre lyskilder, for eksempel konvensjonelle LED-er, hvis utsendte lys divergerer betydelig.

Laserdioder brukes til optisk lagring, laserskrivere, strekkodeskannere og fiberoptisk kommunikasjon.

Transient undertrykkelsesdiode

En transient voltage suppression (TVS) diode er en diode designet for å beskytte mot spenningsstøt og andre typer transienter. Den er også i stand til å separere spenning og strøm for å hindre høyspenningstransienter fra å komme inn i brikkens elektronikk. TVS-dioden vil ikke lede under normal drift, men vil kun lede under transienten. Under den elektriske transienten kan TVS-dioden operere med både raske dv/dt-topper og store dv/dt-topper. Enheten finnes vanligvis i inngangskretsene til mikroprosessorkretser, hvor den behandler høyhastighets svitsjesignaler.

Gull dopede dioder

Gulldioder kan finnes i kondensatorer, likerettere og andre enheter. Disse diodene brukes hovedsakelig i elektronikkindustrien fordi de ikke krever mye spenning for å lede strøm. Dioder dopet med gull kan være laget av p-type eller n-type halvledermaterialer. Den gulldopete dioden leder elektrisitet mer effektivt ved høye temperaturer, spesielt i n-type dioder.

Gull er ikke et ideelt materiale for doping av halvledere fordi gullatomer er for store til å enkelt passe inn i halvlederkrystaller. Dette betyr at gull vanligvis ikke diffunderer særlig godt inn i en halvleder. En måte å øke størrelsen på gullatomene slik at de kan diffundere er å tilsette sølv eller indium. Den vanligste metoden som brukes til å dope halvledere med gull er bruken av natriumborhydrid, som bidrar til å lage en legering av gull og sølv i halvlederkrystallen.

Dioder dopet med gull brukes ofte i høyfrekvente strømapplikasjoner. Disse diodene bidrar til å redusere spenning og strøm ved å gjenvinne energi fra bakre EMF av diodens indre motstand. Gulldopete dioder brukes i maskiner som motstandsnettverk, lasere og tunneldioder.

Superbarrieredioder

Superbarrieredioder er en type dioder som kan brukes i høyspenningsapplikasjoner. Disse diodene har lav fremspenning ved høy frekvens.

Superbarrieredioder er en veldig allsidig type dioder da de kan operere over et bredt spekter av frekvenser og spenninger. De brukes hovedsakelig i strømsvitsjekretser for kraftdistribusjonssystemer, likerettere, omformere for motordrift og strømforsyninger.

Superbarrieredioden består hovedsakelig av silisiumdioksid tilsatt kobber. Superbarrieredioden har flere designalternativer, inkludert plan germanium superbarrierediode, junction superbarriere diode og isolerende superbarrierediode.

Peltier diode

Peltier-dioden er en halvleder. Den kan brukes til å generere en elektrisk strøm som svar på termisk energi. Denne enheten er fortsatt ny og ennå ikke fullt ut forstått, men det ser ut til at den kan være nyttig for å konvertere varme til elektrisitet. Dette kan brukes til varmtvannsberedere eller til og med i biler. Dette vil tillate bruk av varme generert av en forbrenningsmotor, som vanligvis er bortkastet energi. Det vil også tillate motoren å gå mer effektivt, siden den ikke trenger å produsere så mye strøm (og dermed bruke mindre drivstoff), men i stedet vil en Peltier-diode konvertere spillvarmen til strøm.

krystall diode

Krystalldioder brukes ofte til smalbåndsfiltrering, oscillatorer eller spenningsstyrte forsterkere. Krystalldioden regnes som en spesiell anvendelse av den piezoelektriske effekten. Denne prosessen bidrar til å generere spennings- og strømsignaler ved å bruke deres iboende egenskaper. Krystalldioder er også ofte kombinert med andre kretser som gir forsterkning eller andre spesialiserte funksjoner.

Skreddiode

En skreddiode er en halvleder som genererer et skred fra et enkelt elektron fra ledningsbåndet til valensbåndet. Den brukes som en likeretter i høyspente likestrømkretser, som en infrarød strålingsdetektor og som en fotovoltaisk maskin for ultrafiolett stråling. Skredeffekten øker spenningsfallet fremover over dioden slik at det kan gjøres mye mindre enn sammenbruddsspenningen.

Silisiumkontrollert likeretter

Silicon Controlled Rectifier (SCR) er en tre-terminal tyristor. Den ble designet for å fungere som en bryter i mikrobølgeovner for å kontrollere strømmen. Den kan utløses av strøm eller spenning, eller begge deler, avhengig av portutgangsinnstillingen. Når portpinnen er negativ, lar den strøm flyte gjennom SCR, og når den er positiv, blokkerer den strøm fra å flyte gjennom SCR. Plasseringen av portpinnen avgjør om strømmen går eller er blokkert når den er på plass.

Vakuumdioder

Vakuumdioder er en annen type dioder, men i motsetning til de andre typene brukes de i vakuumrør for å regulere strømmen. Vakuumdioder lar strøm flyte med konstant spenning, men har også et kontrollnett som endrer den spenningen. Avhengig av spenningen i kontrollnettet tillater eller stopper vakuumdioden strømmen. Vakuumdioder brukes som forsterkere og oscillatorer i radiomottakere og -sendere. De fungerer også som likerettere som konverterer AC til DC for bruk av elektriske enheter.

PIN-diode

PIN-dioder er en type pn-koblingsdiode. Generelt er PIN-koder en halvleder som viser lav motstand når en spenning påføres den. Denne lave motstanden vil øke når den påførte spenningen øker. PIN-koder har en terskelspenning før de blir ledende. Således, hvis ingen negativ spenning påføres, vil ikke dioden passere strøm før den når denne verdien. Mengden strøm som flyter gjennom metallet vil avhenge av potensialforskjellen eller spenningen mellom begge terminalene, og det vil ikke være noen lekkasje fra den ene terminalen til den andre.

Punktkontaktdiode

En punktdiode er en enveis enhet som er i stand til å forbedre et RF-signal. Point-Contact kalles også en non-junction transistor. Den består av to ledninger festet til et halvledermateriale. Når disse ledningene berører hverandre, dannes det et "klemmepunkt" der elektronene kan krysse. Denne typen diode brukes spesielt med AM-radioer og andre enheter for å gjøre dem i stand til å oppdage RF-signaler.

Diode Hanna

Gunn-dioden er en diode som består av to antiparallelle pn-overganger med asymmetrisk barrierehøyde. Dette resulterer i en sterk undertrykkelse av strømmen av elektroner i foroverretningen, mens strømmen fortsatt flyter i motsatt retning.

Disse enhetene brukes ofte som mikrobølgegeneratorer. De ble oppfunnet rundt 1959 av J. B. Gann og A. S. Newell ved Royal Post Office i Storbritannia, hvorfra navnet kommer: "Gann" er en forkortelse av navnene deres, og "diode" fordi de jobbet med gassenheter (Newell jobbet tidligere ved Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, hvor han jobbet med halvlederenheter).

Den første storskala bruken av Gunn-dioder var den første generasjonen av britisk militært UHF-radioutstyr, som ble tatt i bruk rundt 1965. Militære AM-radioer gjorde også mye bruk av Gunn-dioder.

Det karakteristiske for Gunn-dioden er at strømmen bare er 10-20 % av strømmen til en konvensjonell silisiumdiode. I tillegg er spenningsfallet over dioden omtrent 25 ganger mindre enn en konvensjonell diode, typisk 0 mV ved romtemperatur i XNUMX.

Videoopplæring

Hva er en diode - Elektronikkveiledning for nybegynnere

Konklusjon

Vi håper du har lært hva en diode er. Hvis du er interessert i å lære mer om hvordan denne fantastiske komponenten fungerer, sjekk ut artiklene våre på diodesiden. Vi stoler på at du vil bruke alt du har lært denne gangen også.