Wat is 'n diode?

'n Diode is 'n twee-terminale elektroniese komponent, beperk die vloei stroom in een rigting en laat dit vrylik in die teenoorgestelde rigting vloei. Dit het baie gebruike in elektroniese stroombane en kan gebruik word om gelykrigters, omsetters en kragopwekkers te bou.

In hierdie artikel sal ons neem kyk wat is 'n diode en hoe werk dit. Ons sal ook kyk na sommige van die algemene gebruike daarvan in elektroniese stroombane. So kom ons begin!

Hoe werk 'n diode?

'n Diode is 'n elektroniese toestel wat dit laat stroom moet in een rigting vloei. Hulle word gewoonlik in elektriese stroombane aangetref. Hulle werk op die basis van die halfgeleiermateriaal waaruit hulle gemaak is, wat óf N-tipe óf P-tipe kan wees. As die diode N-tipe is, sal dit slegs stroom deurlaat wanneer spanning in dieselfde rigting as die pyl van die diode aangewend word, terwyl P-tipe diodes slegs stroom sal deurlaat wanneer spanning in die teenoorgestelde rigting van sy pyl toegepas word.

Die halfgeleier materiaal laat stroom vloei en skepuitputtingsone', dit is die streek waar elektrone verbode is. Nadat spanning toegepas is, bereik die uitputtingsone albei kante van die diode en laat stroom daardeur vloei. Hierdie proses word genoem "voorwaartse vooroordeel".

As spanning toegepas word op Aan die ander kant halfgeleiermateriaal, omgekeerde voorspanning. Dit sal veroorsaak dat die uitputtingsone slegs van een kant van die terminaal af strek en keer dat die stroom vloei. Dit is omdat as spanning langs dieselfde roete as die pyl op 'n P-tipe halfgeleier toegepas word, die P-tipe halfgeleier soos 'n N-tipe sal optree omdat dit elektrone in die teenoorgestelde rigting van sy pyl sal laat beweeg.

Diode stroom vloei

Waarvoor word diodes gebruik?

Diodes word gebruik vir omskep gelykstroom na wisselstroom, terwyl die omgekeerde geleiding van elektriese ladings geblokkeer word. Hierdie hoofkomponent kan ook in dimmers, elektriese motors en sonpanele gevind word.

Diodes word in rekenaars gebruik vir Veiligheid rekenaar elektroniese komponente van skade as gevolg van kragstuwings. Hulle verminder of blokkeer spanning wat meer is as wat deur die masjien vereis word. Dit verminder ook die rekenaar se kragverbruik, bespaar krag en verminder hitte wat binne die toestel gegenereer word. Diodes word gebruik in hoë-end toestelle soos oonde, skottelgoedwassers, mikrogolfoonde en wasmasjiene. Hulle word in hierdie toestelle gebruik om teen te beskerm skade as gevolg van kragstuwings wat veroorsaak word deur kragonderbrekings.

Toepassing van diodes

• regstelling
• Soos 'n skakelaar
• Bron-isolasiekring
• As verwysingsspanning
• Frekwensie menger
• Omgekeerde stroombeskerming
• Omgekeerde polariteitbeskerming
• Weerligbeskerming
• AM-omhulseldetektor of demodulator (diodedetektor)
• Soos 'n bron van lig
• In die positiewe temperatuur sensor kring
• In ligsensor kring
• Sonkragbattery of fotovoltaïese battery
• Soos 'n knipmes
• Soos 'n houer

Geskiedenis van die diode

Die woord "diode" kom van Греческий die woord "diodous" of "diodos". Die doel van 'n diode is om elektrisiteit slegs in een rigting te laat vloei. 'n Diode kan ook 'n elektroniese klep genoem word.

Was gevind Henry Joseph Ronde deur sy eksperimente met elektrisiteit in 1884. Hierdie eksperimente is uitgevoer met behulp van 'n vakuumglasbuis, binne-in waarin daar metaalelektrodes aan albei kante was. Die katode het 'n plaat met 'n positiewe lading en die anode het 'n plaat met 'n negatiewe lading. Wanneer stroom deur die buis gegaan het, sou dit brand, wat aandui dat energie deur die stroombaan vloei.

Wie het die diode uitgevind

Alhoewel die eerste halfgeleierdiode in 1906 deur John A. Fleming uitgevind is, word dit gekrediteer aan William Henry Price en Arthur Schuster omdat hulle die toestel in 1907 onafhanklik uitgevind het.

William Henry Preece en Arthur Schuster

Diodes tipes

• Klein seindiode
• Groot seindiode
• Stabilitron
• lig-emitterende diode (LED)
• DC diodes
• Schottky diode
• Shockley Diode
• Stap herstel diodes
• tonnel diode
• Varactor diode
• laser diode
• Verbygaande onderdrukkingsdiode
• Goud gedoopte diodes
• Super versperringsdiodes
• Peltier diode
• kristal diode
• Avalanche Diode
• Silikon beheerde gelykrigter
• Vakuum diodes
• PIN-diode
• kontakpunt
• Diode Hanna

Klein seindiode

'n Klein seindiode is 'n halfgeleiertoestel met vinnige skakelvermoë en lae geleidingspanningsval. Dit bied 'n hoë mate van beskerming teen skade as gevolg van elektrostatiese ontlading.

Groot seindiode

'n Groot seindiode is 'n tipe diode wat seine teen 'n hoër kragvlak as 'n klein seindiode uitstuur. 'n Groot seindiode word tipies gebruik om AC na DC om te skakel. 'n Groot seindiode sal die sein oordra sonder kragverlies en is goedkoper as 'n elektrolitiese kapasitor.

'n Ontkoppelkapasitor word dikwels in kombinasie met 'n groot seindiode gebruik. Die gebruik van hierdie toestel beïnvloed die verbygaande reaksietyd van die stroombaan. Die ontkoppelkapasitor help om spanningskommelings wat deur impedansieveranderinge veroorsaak word, te beperk.

Stabilitron

'n Zener-diode is 'n spesiale tipe wat net elektrisiteit in die area direk onder die direkte spanningsval sal gelei. Dit beteken dat wanneer een terminaal van 'n zenerdiode bekragtig word, dit toelaat dat stroom van die ander terminaal na die bekragtigde aansluiting beweeg. Dit is belangrik dat hierdie toestel behoorlik gebruik word en geaard is, anders kan dit jou stroombaan permanent beskadig. Dit is ook belangrik dat hierdie toestel buite gebruik word, aangesien dit sal misluk as dit in 'n vogtige atmosfeer geplaas word.

Wanneer voldoende stroom op die zenerdiode toegepas word, word 'n spanningsval geskep. As hierdie spanning die afbreekspanning van die masjien bereik of oorskry, dan laat dit stroom vanaf een terminaal vloei.

lig-emitterende diode (LED)

'n Ligemitterende diode (LED) is gemaak van 'n halfgeleiermateriaal wat lig uitstraal wanneer 'n voldoende hoeveelheid elektriese stroom daardeur gevoer word. Een van die belangrikste eienskappe van LED's is dat hulle elektriese energie baie doeltreffend in optiese energie omskakel. LED's word ook as aanwyserligte gebruik om teikens op elektroniese toestelle soos rekenaars, horlosies, radio's, televisies, ensovoorts aan te dui.

Die LED is 'n uitstekende voorbeeld van die ontwikkeling van mikroskyfie-tegnologie en het aansienlike veranderinge op die gebied van beligting moontlik gemaak. LED's gebruik ten minste twee halfgeleierlae om lig op te wek, een pn-aansluiting om draers (elektrone en gate) te genereer, wat dan na teenoorgestelde kante van 'n "versperring"-laag gestuur word wat gate aan die een kant en elektrone aan die ander kant opvang. . Die energie van die vasgevang draers herkombineer in 'n "resonansie" bekend as elektroluminesensie.

LED word as 'n doeltreffende tipe beligting beskou omdat dit min hitte saam met sy lig uitstraal. Dit het 'n langer lewensduur as gloeilampe, wat tot 60 keer langer kan hou, hoër liguitset het en minder giftige emissies uitstraal as tradisionele fluoresserende lampe.

Die grootste voordeel van LED's is die feit dat hulle baie min krag benodig om te werk, afhangende van die tipe LED. Dit is nou moontlik om LED's te gebruik met kragbronne wat wissel van sonselle tot batterye en selfs wisselstroom (AC).

Daar is baie verskillende tipes LED's en hulle kom in 'n verskeidenheid kleure, insluitend rooi, oranje, geel, groen, blou, wit en meer. Vandag is LED's beskikbaar met 'n ligvloed van 10 tot 100 lumen per watt (lm/W), wat amper dieselfde is as konvensionele ligbronne.

DC diodes

'n Konstantestroomdiode, of CCD, is 'n tipe spanningsreguleerderdiode vir kragbronne. Die hooffunksie van die CCD is om uitsetkragverliese te verminder en spanningstabilisering te verbeter deur die skommelinge daarvan te verminder wanneer die las verander. Die CCD kan ook gebruik word om GS-insetkragvlakke aan te pas en om GS-vlakke op die uitsetrelings te beheer.

Schottky diode

Schottky-diodes word ook warmdraerdiodes genoem.

Die Schottky-diode is in 1926 deur Dr. Walter Schottky uitgevind. Die uitvinding van die Schottky-diode het ons in staat gestel om LED's (lig-emitterende diodes) as betroubare seinbronne te gebruik.

Die diode het 'n baie voordelige effek wanneer dit in hoëfrekwensiekringe gebruik word. Die Schottky-diode bestaan ​​hoofsaaklik uit drie komponente; P, N en metaal-halfgeleier-aansluiting. Die ontwerp van hierdie toestel is so dat 'n skerp oorgang binne die soliede halfgeleier gevorm word. Dit laat draers toe om van halfgeleier na metaal oor te skakel. Op sy beurt help dit om die voorwaartse spanning te verminder, wat op sy beurt kragverliese verminder en die skakelspoed van toestelle wat Schottky-diodes gebruik met 'n baie groot marge verhoog.

Shockley Diode

Die Shockley-diode is 'n halfgeleiertoestel met 'n asimmetriese rangskikking van elektrodes. Die diode sal stroom in een rigting gelei en baie minder as die polariteit omgekeer word. As 'n eksterne spanning oor die Shockley-diode gehandhaaf word, sal dit geleidelik vorentoe-voorspanning as die toegepaste spanning toeneem, tot by 'n punt genaamd "afsnyspanning" waar daar geen noemenswaardige stroom is nie aangesien al die elektrone met die gate herkombineer . Behalwe die afsnyspanning op die grafiese voorstelling van die stroom-spanning kenmerk, is daar 'n gebied van negatiewe weerstand. Die Shockley sal optree as 'n versterker met negatiewe weerstandswaardes in hierdie reeks.

Shockley se werk kan die beste verstaan ​​word deur dit af te breek in drie dele bekend as streke, die stroom in die omgekeerde rigting van onder na bo is onderskeidelik 0, 1 en 2.

In streek 1, wanneer 'n positiewe spanning aangewend word vir voorwaartse voorspanning, diffundeer elektrone in die n-tipe halfgeleier vanaf die p-tipe materiaal, waar 'n "uitputtingsone" gevorm word as gevolg van die vervanging van meerderheidsdraers. Die uitputtingsone is die streek waar ladingdraers verwyder word wanneer 'n spanning toegepas word. Die uitputtingsone rondom die pn-aansluiting verhoed dat stroom deur die voorkant van die eenrigtingtoestel vloei.

Wanneer elektrone die n-kant van die p-tipe kant binnekom, word 'n "uitputtingsone" gevorm in die oorgang van onder na bo totdat die gatstroompad geblokkeer is. Gate wat van bo na onder beweeg word herkombineer met elektrone wat van onder na bo beweeg. Dit wil sê, tussen die uitputtingsones van die geleidingsband en die valensband verskyn 'n "rekombinasiesone", wat die verdere vloei van die hoofdraers deur die Shockley-diode verhoed.

Die stroomvloei word nou beheer deur 'n enkele draer, wat die minderheidsdraer is, dit wil sê elektrone in hierdie geval vir 'n n-tipe halfgeleier en gate vir 'n p-tipe materiaal. Ons kan dus sê dat die stroomvloei hier deur die meerderheid draers (gate en elektrone) beheer word en die stroomvloei is onafhanklik van die toegepaste spanning solank daar genoeg vrye draers is om te gelei.

In streek 2 herkombineer elektrone wat uit die uitputtingsone vrygestel word met gate aan die ander kant en skep nuwe meerderheidsdraers (elektrone in 'n p-tipe materiaal vir 'n n-tipe halfgeleier). Wanneer hierdie gate die uitputtingsone binnegaan, voltooi hulle die stroompad deur die Shockley-diode.

In streek 3, wanneer 'n eksterne spanning aangewend word vir omgekeerde voorspanning, verskyn 'n ruimteladingstreek of 'n uitputtingsone in die aansluiting, wat bestaan ​​uit beide meerderheids- en minderheidsdraers. Die elektron-gat pare word geskei as gevolg van die toepassing van 'n spanning oor hulle, wat lei tot 'n dryfstroom deur die Shockley. Dit veroorsaak dat 'n klein hoeveelheid stroom deur die Shockley-diode vloei.

Stap herstel diodes

'n Staphersteldiode (SRD) is 'n halfgeleiertoestel wat 'n vaste, onvoorwaardelik stabiele geleidingstoestand tussen sy anode en katode kan verskaf. Die oorgang van die af-toestand na die aan-toestand kan deur negatiewe spanningspulse veroorsaak word. Wanneer dit aan is, gedra die SRD soos 'n perfekte diode. Wanneer dit af is, is die SRD oorwegend nie-geleidend met 'n mate van lekstroom, maar oor die algemeen nie genoeg om aansienlike kragverlies in die meeste toepassings te veroorsaak nie.

Die figuur hieronder toon stapherstelgolfvorms vir beide tipes SRD's. Die boonste kurwe toon die vinnige herstel tipe, wat 'n groot hoeveelheid lig uitstraal wanneer dit in die af-toestand gaan. Daarteenoor toon die onderste kurwe 'n ultra-vinnige hersteldiode wat geoptimaliseer is vir hoëspoedwerking en wat slegs weglaatbare sigbare straling tydens die aan-na-af-oorgang vertoon.

Om die SRD aan te skakel, moet die anodespanning die masjien se drempelspanning (VT) oorskry. Die SRD sal afskakel wanneer die anodepotensiaal minder as of gelyk aan die katodepotensiaal is.

tonnel diode

'n Tonneldiode is 'n vorm van kwantumingenieurswese wat twee stukke van 'n halfgeleier neem en een stuk verbind met die ander kant na buite. Die tonneldiode is uniek deurdat die elektrone deur die halfgeleier vloei in plaas van om dit. Dit is een van die hoofredes waarom hierdie tipe tegniek so uniek is, omdat geen ander vorm van elektronvervoer tot op hierdie punt so 'n prestasie kon vermag nie. Een van die redes waarom tonneldiodes so gewild is, is dat hulle minder spasie opneem as ander vorme van kwantumingenieurswese en ook in baie toepassings op baie gebiede gebruik kan word.

Varactor diode

'n Varaktordiode is 'n halfgeleier wat gebruik word in 'n spanninggereguleerde veranderlike kapasitansie. Die varaktordiode het twee verbindings, een aan die anodekant van die PN-aansluiting en die ander aan die katodekant van die PN-aansluiting. Wanneer jy 'n spanning op 'n varactor toepas, laat dit 'n elektriese veld vorm wat die breedte van sy uitputtingslaag verander. Dit sal sy kapasitansie effektief verander.

laser diode

'n Laserdiode is 'n halfgeleier wat koherente lig uitstraal, ook genoem laserlig. Die laserdiode straal gerigte parallelle ligstrale met lae divergensie uit. Dit is in teenstelling met ander ligbronne, soos konvensionele LED's, waarvan die lig wat vrygestel word hoogs divergent is.

Laserdiodes word gebruik vir optiese berging, laserdrukkers, strepieskodeskandeerders en optieseveselkommunikasie.

Verbygaande onderdrukkingsdiode

'n Transient spanningsonderdrukking (TVS) diode is 'n diode wat ontwerp is om teen spanningstuwings en ander tipes oorgange te beskerm. Dit is ook in staat om spanning en stroom te skei om te verhoed dat hoëspanning-oorgange die skyfie se elektronika binnedring. Die TVS-diode sal nie gelei word tydens normale werking nie, maar sal slegs tydens die oorgang gelei. Tydens die elektriese oorgang kan die TVS-diode werk met beide vinnige dv/dt-punte en groot dv/dt-pieke. Die toestel word gewoonlik in die insetkringe van mikroverwerkerkringe aangetref, waar dit hoëspoedskakelseine verwerk.

Goud gedoopte diodes

Goue diodes kan gevind word in kapasitors, gelykrigters en ander toestelle. Hierdie diodes word hoofsaaklik in die elektroniese industrie gebruik omdat hulle nie baie spanning benodig om elektrisiteit te gelei nie. Diodes wat met goud gedoteer is, kan gemaak word van p-tipe of n-tipe halfgeleiermateriale. Die goudgedoteerde diode gelei elektrisiteit meer doeltreffend by hoë temperature, veral in n-tipe diodes.

Goud is nie 'n ideale materiaal vir doping van halfgeleiers nie, want goudatome is te groot om maklik binne halfgeleierkristalle te pas. Dit beteken dat goud gewoonlik nie baie goed in 'n halfgeleier diffundeer nie. Een manier om die grootte van die goudatome te vergroot sodat hulle kan diffundeer, is om silwer of indium by te voeg. Die mees algemene metode wat gebruik word om halfgeleiers met goud te doop, is die gebruik van natriumboorhidried, wat help om 'n legering van goud en silwer binne die halfgeleierkristal te skep.

Diodes wat met goud gedoteer is, word algemeen in hoëfrekwensie-kragtoepassings gebruik. Hierdie diodes help om spanning en stroom te verminder deur energie van die agterste EMK van die diode se interne weerstand te herwin. Goud-gedoteerde diodes word gebruik in masjiene soos weerstandnetwerke, lasers en tonneldiodes.

Super versperringsdiodes

Superversperringsdiodes is 'n tipe diode wat in hoëspanningstoepassings gebruik kan word. Hierdie diodes het lae voorwaartse spanning by hoë frekwensie.

Superversperringsdiodes is 'n baie veelsydige tipe diode aangesien hulle oor 'n wye reeks frekwensies en spannings kan werk. Hulle word hoofsaaklik gebruik in kragskakelingkringe vir kragverspreidingstelsels, gelykrigters, motoraandryfomskakelaars en kragbronne.

Die superversperringsdiode bestaan ​​hoofsaaklik uit silikondioksied met koper bygevoeg. Die superversperringsdiode het verskeie ontwerpopsies, insluitend vlakke germanium-superversperringsdiode, aansluiting-superversperringsdiode en isolerende superversperringsdiode.

Peltier diode

Die Peltier-diode is 'n halfgeleier. Dit kan gebruik word om 'n elektriese stroom op te wek in reaksie op termiese energie. Hierdie toestel is nog nuut en nog nie ten volle verstaan ​​nie, maar dit lyk of dit nuttig kan wees om hitte in elektrisiteit om te skakel. Dit kan gebruik word vir waterverwarmers of selfs in motors. Dit sal die gebruik moontlik maak van hitte wat deur 'n binnebrandenjin gegenereer word, wat gewoonlik vermorste energie is. Dit sal ook die enjin meer doeltreffend laat loop, aangesien dit nie soveel krag hoef te produseer nie (dus minder brandstof gebruik), maar 'n Peltier-diode sal eerder die afvalhitte in krag omskakel.

kristal diode

Kristaldiodes word algemeen gebruik vir smalbandfiltrering, ossillators of spanningbeheerde versterkers. Die kristaldiode word beskou as 'n spesiale toepassing van die piëso-elektriese effek. Hierdie proses help om spanning- en stroomseine te genereer deur hul inherente eienskappe te gebruik. Kristaldiodes word ook algemeen gekombineer met ander stroombane wat versterking of ander gespesialiseerde funksies verskaf.

Avalanche Diode

'n stortvloeddiode is 'n halfgeleier wat 'n stortvloed genereer vanaf 'n enkele elektron vanaf die geleidingsband na die valensband. Dit word gebruik as 'n gelykrigter in hoë-spanning GS-kragkringe, as 'n infrarooi bestraling detektor, en as 'n fotovoltaïese masjien vir ultraviolet bestraling. Die stortvloed-effek verhoog die voorwaartse spanningsval oor die diode sodat dit baie kleiner gemaak kan word as die afbreekspanning.

Silikon beheerde gelykrigter

Die Silicon Controlled Rectifier (SCR) is 'n drie-terminale tiristor. Dit is ontwerp om soos 'n skakelaar in mikrogolfoonde op te tree om krag te beheer. Dit kan geaktiveer word deur stroom of spanning, of albei, afhangende van die hekuitsetinstelling. Wanneer die hekpen negatief is, laat dit stroom deur die SCR vloei, en wanneer dit positief is, blokkeer dit stroom om deur die SCR te vloei. Die ligging van die hekpen bepaal of stroom verbygaan of geblokkeer word wanneer dit in plek is.

Vakuum diodes

Vakuumdiodes is 'n ander tipe diode, maar anders as die ander tipes, word dit in vakuumbuise gebruik om stroom te reguleer. Vakuumdiodes laat stroom teen 'n konstante spanning vloei, maar het ook 'n beheerrooster wat daardie spanning verander. Afhangende van die spanning in die beheerrooster, laat die vakuumdiode die stroom toe of stop dit. Vakuumdiodes word as versterkers en ossillators in radio-ontvangers en -senders gebruik. Hulle dien ook as gelykrigters wat AC na DC omskakel vir gebruik deur elektriese toestelle.

PIN-diode

PIN-diodes is 'n tipe pn-aansluitingsdiode. Oor die algemeen is PIN's 'n halfgeleier wat lae weerstand vertoon wanneer 'n spanning daarop toegepas word. Hierdie lae weerstand sal toeneem soos die toegepaste spanning toeneem. PIN-kodes het 'n drempelspanning voordat dit geleidend word. Dus, indien geen negatiewe spanning toegepas word nie, sal die diode nie stroom deurlaat totdat dit hierdie waarde bereik nie. Die hoeveelheid stroom wat deur die metaal vloei sal afhang van die potensiaalverskil of spanning tussen beide terminale, en daar sal geen lekkasie van een terminaal na die ander wees nie.

Punt kontak diode

'n Puntdiode is 'n eenrigtingtoestel wat in staat is om 'n RF-sein te verbeter. Puntkontak word ook 'n nie-aansluitingstransistor genoem. Dit bestaan ​​uit twee drade wat aan 'n halfgeleiermateriaal geheg is. Wanneer hierdie drade raak, word 'n "knyppunt" geskep waar die elektrone kan kruis. Hierdie tipe diode word veral met AM-radio's en ander toestelle gebruik om hulle in staat te stel om RF-seine op te spoor.

Diode Hanna

Die Gunn-diode is 'n diode wat bestaan ​​uit twee anti-parallelle pn-aansluitings met 'n asimmetriese versperringshoogte. Dit lei tot 'n sterk onderdrukking van die vloei van elektrone in die voorwaartse rigting, terwyl die stroom steeds in die omgekeerde rigting vloei.

Hierdie toestelle word algemeen as mikrogolfopwekkers gebruik. Hulle is omstreeks 1959 uitgevind deur J. B. Gann en A. S. Newell by die Royal Post Office in die VK, waarvandaan die naam kom: "Gann" is 'n afkorting van hul name, en "diode" omdat hulle op gastoestelle gewerk het (Newell het voorheen gewerk by die Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, waar hy op halfgeleiertoestelle gewerk het).

Die eerste grootskaalse toepassing van Gunn-diodes was die eerste generasie Britse militêre UHF-radiotoerusting, wat omstreeks 1965 in gebruik geneem is. Militêre AM-radio's het ook baie van Gunn-diodes gebruik gemaak.

Die kenmerk van die Gunn-diode is dat die stroom slegs 10-20% van dié van 'n konvensionele silikondiode is. Daarbenewens is die spanningsval oor die diode ongeveer 25 keer minder as 'n konvensionele diode, tipies 0 mV by kamertemperatuur vir XNUMX.

Video Tutoriaal

Wat is 'n diode - Elektroniese handleiding vir beginners

Gevolgtrekking

Ons hoop jy het geleer wat 'n diode is. As jy belangstel om meer te wete te kom oor hoe hierdie wonderlike komponent werk, kyk na ons artikels op die diodesbladsy. Ons vertrou dat jy ook hierdie keer alles wat jy geleer het sal toepas.