Yarımkeçirici diodlar elektronika və elektronika sənayesində geniş istifadə olunur. Onlar həm müstəqil, həm də tranzistorların və bir çox digər cihazların p-n-qovşağı kimi istifadə olunur. Diskret komponent kimi diodlar bir çox elektron sxemlərin əsas hissəsidir. Onlar aşağı güc tətbiqlərindən tutmuş düzəldicilərə qədər bir çox tətbiq tapırlar.
Diod nədir?
Yunan dilindən tərcümədə bu elektron elementin adı hərfi mənada "iki terminal" deməkdir. Onlara anod və katod deyilir. Bir dövrədə cərəyan anoddan katoda axır. Yarımkeçirici diod birtərəfli elementdir və əks istiqamətdə cərəyan axını bloklanır.
İş prinsipi
Yarımkeçirici diodların cihazı çox fərqlidir. Bu, həm nominal dəyərinə, həm də yerinə yetirdiyi funksiyalara görə fərqlənən bir çox növlərinin olmasının səbəbidir. Ancaq əksər hallarda əsas prinsipyarımkeçirici diodların işi eynidir. Onların əsas funksionallığını təmin edən p-n keçidi var.
Bu termin adətən diodun standart formasına istinad etmək üçün istifadə olunur. Əslində, bu, demək olar ki, hər hansı bir növə aiddir. Diodlar müasir elektronika sənayesinin əsasını təşkil edir. Hər şey - sadə elementlərdən və tranzistorlardan tutmuş müasir mikroprosessorlara qədər - yarımkeçiricilərə əsaslanır. Yarımkeçirici diodun işləmə prinsipi yarımkeçiricilərin xüsusiyyətlərinə əsaslanır. Texnologiya bir qrup materiallara əsaslanır, onların kristal şəbəkəsinə çirklərin daxil edilməsi dəliklərin və elektronların yük daşıyıcısı olduğu bölgələri əldə etməyə imkan verir.
P-n-qovşağı
P-n-tipli diod öz adını almışdır, çünki o, cərəyanın yalnız bir istiqamətdə axmasına imkan verən p-n keçidindən istifadə edir. Element geniş istifadə olunan digər xüsusiyyətlərə malikdir. Yarımkeçirici diodlar, məsələn, işıq yaya və aşkarlaya, tutumu dəyişdirə və gərginliyi tənzimləyə bilər.
P-n-qovşağı əsas yarımkeçirici quruluşdur. Adından göründüyü kimi, p- və n-tipli bölgələr arasında bir qovşaqdır. Keçid yük daşıyıcılarına yalnız bir istiqamətdə hərəkət etməyə imkan verir ki, bu da, məsələn, alternativ cərəyanı birbaşa cərəyana çevirməyə imkan verir.
Standart diodlar adətən silikondan hazırlanır, baxmayaraq ki, germanium və digər yarımkeçirici materiallar da əsasən xüsusi məqsədlər üçün istifadə olunur.
Volt-amper xarakteristikası
Diod cərəyan gərginliyi əyrisi ilə xarakterizə olunur, onu 2 qola bölmək olar: irəli və tərs. Əks istiqamətdə sızma cərəyanı 0-a yaxındır, lakin artan gərginlik ilə yavaş-yavaş artır və qırılma gərginliyinə çatdıqda kəskin şəkildə artmağa başlayır. İrəli istiqamətdə cərəyan, silikon diodlar üçün 0,7 V və germanium üçün 0,4 V olan keçiricilik həddindən yuxarı tətbiq olunan gərginliklə sürətlə yüksəlir. Fərqli materiallardan istifadə edən hüceyrələr fərqli volt-amper xüsusiyyətlərinə və keçirmə həddi və parçalanma gərginliyinə malikdir.
p-n-qovşaq diodu əsas səviyyəli cihaz kimi qəbul edilə bilər. O, siqnal dövrələri və detektorlardan tutmuş induksiya və ya rele bobinlərində və yüksək güclü rektifikatorlarda məhdudlaşdırıcılara və ya keçici supressorlara qədər bir çox tətbiqlərdə geniş istifadə olunur.
Xüsusiyyətlər və parametrlər
Diod spesifikasiyası çoxlu məlumat verir. Bununla belə, onların nə olduğuna dair dəqiq izahatlar həmişə mövcud deyil. Aşağıda spesifikasiyalarda verilmiş diodun müxtəlif xarakteristikası və parametrlərinin təfərrüatları verilmişdir.
Yarımkeçirici material
P-n keçidlərində istifadə olunan material böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki o, yarımkeçirici diodların bir çox əsas xüsusiyyətlərinə təsir edir. Silikon yüksək effektivliyə və aşağı istehsal xərclərinə görə ən çox istifadə olunur. Tez-tez istifadə olunan başqa birelement germaniumdur. Digər materiallar adətən xüsusi təyinatlı diodlarda istifadə olunur. Yarımkeçirici materialın seçimi vacibdir, çünki o, keçiricilik həddini müəyyən edir - silikon üçün təxminən 0,6 V və germanium üçün 0,3 V.
Sabit cərəyan rejimində gərginliyin azalması (U pr.)
Cərəyanın keçdiyi hər hansı elektrik dövrəsi gərginliyin azalmasına səbəb olur və yarımkeçirici diodun bu parametri xüsusilə enerji itkiləri U ave ilə mütənasib olduqda düzəltmə üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. Bundan əlavə, elektron komponentlər tez-tez kiçik bir gərginlik düşməsini təmin edin, çünki siqnallar zəif ola bilər, lakin onlar hələ də buna qalib gəlməlidirlər.
Bu, iki səbəbdən baş verir. Birincisi, p-n qovşağının təbiətindədir və cərəyanın tükənmə təbəqəsini keçməsinə imkan verən keçiricilik həddi gərginliyinin nəticəsidir. İkinci komponent normal rezistiv itkidir.
İndikator böyük cərəyanlar keçirə bilən rektifikator diodlar üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir.
Pik əks gərginlik (U maks.)
Bu, yarımkeçirici diodun dözə biləcəyi ən yüksək əks gərginlikdir. Onu aşmamaq lazımdır, əks halda element uğursuz ola bilər. Bu, yalnız giriş siqnalının RMS gərginliyi deyil. Hər bir dövrə öz xüsusiyyətlərinə görə nəzərə alınmalıdır, lakin hamarlaşdırıcı kondansatörlü sadə bir yarımdalğalı rektifikator üçün kondansatörün girişin zirvəsinə bərabər bir gərginlik tutacağını unutmayın.siqnal. Daha sonra diod əks istiqamətdə gələn siqnalın pik nöqtəsinə məruz qalacaq və buna görə də bu şərtlər altında dalğanın pik dəyərinə bərabər maksimum əks gərginlik olacaq.
Maksimum irəli cərəyan (U pr. maks.)
Elektrik dövrəsini tərtib edərkən, maksimum diod cərəyanı səviyyələrinin keçmədiyinə əmin olun. Cərəyan artdıqca əlavə istilik yaranır və bu da aradan qaldırılmalıdır.
Sızma cərəyanı (I gəlir)
İdeal bir diodda əks cərəyan olmamalıdır. Lakin real p-n keçidlərində bu, yarımkeçiricidə azlıq yük daşıyıcılarının olması ilə bağlıdır. Sızma cərəyanının miqdarı üç amildən asılıdır. Aydındır ki, bunlardan ən əhəmiyyətlisi tərs gərginlikdir. Həmçinin, sızma cərəyanı temperaturdan asılıdır - böyüməsi ilə əhəmiyyətli dərəcədə artır. Bundan əlavə, yarımkeçirici materialın növündən çox asılıdır. Bu baxımdan silikon germaniumdan qat-qat yaxşıdır.
Qaçaq cərəyan müəyyən tərs gərginlikdə və müəyyən temperaturda müəyyən edilir. O, adətən mikroamperlərdə (ΜA) və ya pikoamplarda (pA) təyin edilir.
Keçid tutumu
Bütün yarımkeçirici diodların keçid tutumu var. Tükənmə zonası tükənmə bölgəsinin və əksər yük daşıyıcılarının olduğu bölgənin kənarında əmələ gələn iki plitə arasında dielektrik maneədir. Faktiki kapasitans dəyəri keçid zonasında dəyişikliyə səbəb olan tərs gərginliyə bağlıdır. Onun artması tükənmə zonasını genişləndirir və nəticədətutumunu azaldır. Bu fakt varaktorlarda və ya varikaplarda istifadə olunur, lakin digər tətbiqlər, xüsusən də RF tətbiqləri üçün bu təsir minimuma endirilməlidir. Parametr adətən müəyyən bir gərginlikdə pF-də göstərilir. Bir çox RF proqramları üçün xüsusi aşağı müqavimətli diodlar mövcuddur.
İş növü
Təyinatından asılı olaraq yarımkeçirici diodlar müxtəlif növ və formalı paketlərdə istehsal olunur. Bəzi hallarda, xüsusən də siqnalın işlənməsi sxemlərində istifadə edildikdə, paket həmin elektron elementin ümumi xüsusiyyətlərini müəyyən edən əsas elementdir. İstiliyin yayılmasının vacib olduğu güc dövrələrində paket bir diodun bir çox ümumi parametrlərini təyin edə bilər. Yüksək gücə malik qurğular soyuducuya qoşula bilməlidir. Daha kiçik əşyalar qurğuşun qutularda və ya səthə montaj cihazları kimi istehsal edilə bilər.
Diod növləri
Bəzən yarımkeçirici diodların təsnifatı ilə tanış olmaq faydalıdır. Bununla belə, bəzi elementlər bir neçə kateqoriyaya aid ola bilər.
Tərsinə çevrilmiş diod. O qədər də geniş istifadə edilməsə də, fəaliyyətinə görə tunelə çox bənzəyən p-n tipli element növüdür. Aşağı vəziyyətdə olan gərginlik azalması xüsusiyyətləri. Detektorlarda, rektifikatorlarda və yüksək tezlikli açarlarda istifadəni tapır.
Enjeksiyon keçid diodu. Daha çox yayılmış qar uçqunu ilə çox oxşar cəhətləri var. Mikrodalğalı generatorlarda və siqnalizasiya sistemlərində istifadə olunur.
Diode Gunn. O, p-n-tipinə aid deyil, iki terminalı olan yarımkeçirici bir cihazdır. O, adətən 1-100 GHz diapazonunda mikrodalğalı siqnalları yaratmaq və çevirmək üçün istifadə olunur.
İşıq yayan və ya LED elektron komponentlərin ən məşhur növlərindən biridir. İrəli əyilmədə qovşaqdan keçən cərəyan işığın yayılmasına səbəb olur. Onlar mürəkkəb yarımkeçiricilərdən (məsələn, qalium arsenid, qallium fosfid, indium fosfid) istifadə edirlər və əvvəlcə yalnız qırmızı ilə məhdudlaşsalar da, müxtəlif rənglərdə parlaya bilərlər. Ekranların funksiyasını və istehsalını dəyişən bir çox yeni inkişaflar var, buna OLED nümunədir.
Fotodiod. İşığı aşkar etmək üçün istifadə olunur. Bir foton p-n qovşağına toxunduqda elektronlar və dəliklər yarada bilər. Fotodiodlar adətən əks meyl şəraitində işləyirlər, burada hətta işığın yaratdığı kiçik cərəyanlar da asanlıqla aşkar edilə bilər. Fotodiodlar elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər. Bəzən pin tipli elementlər fotodetektor kimi istifadə olunur.
Pin-diod. Elektron elementin adı yarımkeçirici diodun cihazını yaxşı təsvir edir. Standart p və n tipli bölgələrə malikdir, lakin onların arasında çirkləri olmayan daxili bölgə var. Bu, keçid üçün faydalı ola bilən tükənmə bölgəsinin sahəsini artıran təsirə malikdir, həmçinin fotodiodlarda və s.
Standart p-n-qovşağı normal hesab edilə bilərvə ya bu gün istifadə edilən standart diod növü. Onlar RF və ya digər aşağı gərginlikli tətbiqlərdə, həmçinin yüksək gərginlikli və yüksək güclü rektifikatorlarda istifadə edilə bilər.
Schottky diodları. Onlar standart p-n tipli silikon yarımkeçiricilərə nisbətən daha az irəli gərginliyə malikdirlər. Aşağı cərəyanlarda, silikon diodlarda olduğu kimi 0,6 V deyil, 0,15 ilə 0,4 V arasında ola bilər. Bunun üçün onlar hər zamanki kimi hazırlanmırlar - metal yarımkeçirici kontaktdan istifadə edirlər. Onlar məhdudlaşdırıcılar, düzəldicilər və radio avadanlıqlarında geniş istifadə olunur.
Yük toplayan diod. Bu, çox yüksək tezliklərdə impulslar yaratmaq və formalaşdırmaq üçün istifadə edilən bir mikrodalğalı diod növüdür. Onun işləməsi çox sürətli açılma xüsusiyyətinə əsaslanır.
Lazer diodu. Koherent işıq əmələ gətirdiyi üçün adi işıqdan fərqlənir. Lazer diodları DVD və CD disklərindən tutmuş lazer göstəricilərinə qədər bir çox cihazda istifadə olunur. Onlar lazerin digər formalarından xeyli ucuzdur, lakin LED-lərdən xeyli bahadır. Onların məhdud xidmət müddəti var.
Tunel diodu. Bu gün geniş istifadə edilməsə də, əvvəllər digər elementlərə nisbətən daha səmərəli olduğu zaman gücləndiricilərdə, osilatorlarda və keçid cihazlarında, osiloskop vaxtlama sxemlərində istifadə olunurdu.
Varaktor və ya varikap. Bir çox RF cihazlarında istifadə olunur. Bu diod üçün tərs meyl tətbiq olunan gərginlikdən asılı olaraq tükənmə təbəqəsinin enini dəyişir. Bu konfiqurasiyadaizolyasiya edən dielektrik kimi fəaliyyət göstərən tükənmə bölgəsi ilə kondansatör rolunu oynayır və keçirici bölgələr tərəfindən əmələ gələn plitələr. Gərginliklə idarə olunan osilatorlarda və RF filtrlərində istifadə olunur.
Zener diodu. Sabit istinad gərginliyini təmin etdiyi üçün çox faydalı bir diod növüdür. Bunun sayəsində zener diodu böyük miqdarda istifadə olunur. O, tərs meyl şəraitində işləyir və müəyyən bir potensial fərqə çatdıqda pozulur. Əgər cərəyan bir rezistorla məhdudlaşırsa, bu, sabit bir gərginlik təmin edir. Enerji təchizatını sabitləşdirmək üçün geniş istifadə olunur. Zener diodlarında 2 növ əks parçalanma var: Zenerin parçalanması və təsir ionlaşması.
Beləliklə, yarımkeçirici diodların müxtəlif növlərinə aşağı irəli gərginlik düşməsi və dəyişən tutumlu, işıq yayan və aşkarlayan aşağı güc və yüksək güc tətbiqləri üçün elementlər daxildir. Bundan əlavə, mikrodalğalı texnologiyada istifadə edilən bir sıra növlər var.
