Типы диодов по частотному диапазону

· Низкочастотные

· Высокочастотные

· СВЧ

Типы диодов по размеру перехода

· Плоскостные

· Точечные

Типы диодов по конструкции

· Диоды Шоттки

· СВЧ-диоды

· Стабилитроны

· Стабисторы

· Варикапы

· Светодиоды

· Фотодиоды

· Pin диод

· Лавинный диод

· Лавинно-пролётный диод

· Диод Ганна

· Туннельные диоды

· Обращённые диоды

Другие типы

· Селеновый выпрямитель (вентиль) ^[1]

· Медно-закисный выпрямитель (вентиль, купрокс) ^[1]

Классификация и система обозначений

Классификация диодов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, роду исходного материала (полупроводника) отображается системой условных обозначений их типов. Система условных обозначений постоянно совершенствуется в соответствии с возникновением новых классификационных групп и типов диодов. Обычно системы обозначений представлены буквенно-цифровым кодом.

СССР

На территории СССР система условных обозначений неоднократно претерпевала изменения и до настоящего времени на радиорынках можно встретить полупроводниковые диоды, выпущенные на заводах СССР и с системой обозначений согласно отраслевого стандарта ОСТ 11 336.919-81, базирующегося на ряде классификационных признаков изделий ^[3] . Итак,

1. первый элемент буквенно-цифрового кода обозначает исходный материал (полупроводник), на основе которого изготовлен диод, например:

· Г или 1 — германий или его соединения;

· К или 2 — кремний или его соединения;

· А или 3 — соединения галлия (например, арсенид галлия);

· И или 4 — соединения индия (например, фосфид индия);

2. второй элемент — буквенный индекс, определяющий подкласс приборов;

· Д — для обозначения выпрямительных, импульсных, магнито- и термодиодов;

· Ц — выпрямительных столбов и блоков;

· В — варикапов;

· И — туннельных диодов;

· А — сверхвысокочастотных диодов;

· С — стабилитронов, в том числе стабисторов и ограничителей;

· Л — излучающие оптоэлектронные приборы;

· О — оптопары;

· Н — диодные тиристоры;

3. третий элемент — цифра (или в случае оптопар — буква), определяющая один из основных признаков прибора (параметр, назначение или принцип действия);

4. четвёртый элемент — число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа изделия;

5. пятый элемент — буквенный индекс, условно определяющий классификацию по параметрам диодов, изготовленных по единой технологии.

Например: КД212Б, ГД508А, КЦ405Ж.

Кроме того, система обозначений предусматривает (в случае необходимости) введение в обозначение дополнительных знаков для выделения отдельных существенных конструктивно-технологических особенностей изделий.

Импортные радиодетали

Существует ряд общих принципов стандартизации системы кодирования для диодов за рубежом — наиболее распространены EIA / JEDEC и европейский Pro Electron стандарты.

EIA/JEDEC

Дополнительные сведения: Electronic Industries Alliance и Joint Electron Devices Engineering Council

Стандартизированная система EIA370 нумерации 1N-серии была введена в США EIA/JEDEC (Объединенный Инженерный Консилиум по Электронным Устройствам) приблизительно в 1960 году. Среди самого популярного в этой серии были: 1N34A/1N270 (германиевый), 1N914/1N4148 (кремниевый), 1N4001—1N4007 (кремниевый выпрямитель 1A) и 1N54xx (мощный кремниевый выпрямитель 3A) ^[5][6][7] .

Pro Electron

Дополнительные сведения: Pro Electron

Согласно европейской системе обозначений активных компонентов Pro Electron, введенной в 1966 году и состоящей из двух букв и числового кода:

1. первая буква обозначает материал полупроводника:

· A — Germanium (германий) или его соединения;

· B — Silicium (кремний) или его соединения;

2. вторая буква обозначает подкласс приборов:

· A — сверхвысокочастотные диоды;

· B — варикапы;

· X — умножители напряжения;

· Y — выпрямительные диоды;

· Z — стабилитроны, например:

· AA-серия — германиевые сверхвысокочастотные диоды (например, AA119);

· BA-серия — кремниевые сверхвысокочастотные диоды (например: BAT18 — диодный переключатель)

· BY-серия — кремниевые выпрямительные диоды (например: BY127 — выпрямительный диод 1250V, 1А);

· BZ-серия — кремниевые стабилитроны (например, BZY88C4V7 — стабилитрон 4,7V).

Другие

Другие распространённые системы нумерации/кодирования (обычно производителем) включают:

· GD-серия германиевых диодов (например, GD9) — это очень старая система кодирования;

· OA-серия германиевых диодов (например, OA47) — кодирующие последовательности разработаны британской компанией Mullard.

Система JIS маркирует полупроводниковые диоды, начиная с «1S».

Кроме того, многие производители или организации имеют свои собственные системы общей кодировки, например:

· HP диод 1901-0044 = JEDEC 1N4148

· Военный диод CV448 (Великобритания) = Mullard типа OA81 = GEC типа GEX23

 

Уравнение Шокли для диода

Уравнение Шокли для идеального диода (названо в честь изобретателя транзистораУильяма Шокли) представляет собой вольт-амперную характеристику идеального диода для прямого и обратного тока. Уравнение Шокли для идеального диода:

где

I — ток проходящий через диод,

I_S — ток насыщения диода,

V_D — напряжение на диоде,

V_T — термическое напряжение диода,

n — коэффициент идеальности, известный также как коэффициент эмиссии.

Коэффициент идеальности n обычно лежит в пределах от 1 до 2 (хотя в некоторых случаях может быть выше), в зависимости от процесса изготовления и полупроводникового материала. Во многих случаях предполагается, что n примерно равно 1 (таким образом, коэффициент n в формуле опускается). Фактор идеальности не является частью уравнения диода Шокли и был добавлен для учёта несовершенства реальных переходов. Поэтому в предположении n = 1 уравнение сводится к уравнению Шокли для идеального диода.

Термическое напряжение V _T приблизительно составляет 25,85 мВ при 300 K (температура, близкая к «комнатной температуре», обычно используемой в программах моделирования). Для конкретной температуры его можно найти по формуле:

 

где k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура p-n -перехода, и q — элементарный заряд электрона.

Ток насыщения, I _S, не является постоянным для каждого диода, но зависит от температуры значительно больше V _T. Напряжение V _D обычно уменьшается при увеличении T.

Уравнение Шокли для идеального диода(или закон диода) получено с допущением, что единственными процессами, вызывающими ток в диоде, является дрейф (под действием электрического тока), диффузия и термическая рекомбинация. Оно также полагает, что ток в p-n-области, вызванный термической рекомбинацией, незначителен.

Применение диодов

Диодные выпрямители

Трёхфазный выпрямительЛарионова А. Н. на трёх полумостах

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диодный выпрямитель или диодный мост (то есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для трёхфазной полумостовой схемы или 12 для трёхфазной полномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) — основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодный трёхфазный выпрямитель по схеме А. Н. Ларионова на трёх параллельных полумостах применяется в автомобильныхгенераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока с щёточно-коллекторным узлом позволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.

В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор применяются селеновые выпрямители. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводящее (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткому замыканию — пробою.

В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов.

Если соединено последовательно и согласно (в одну сторону) несколько диодов, пороговое напряжение, необходимое для отпирания всех диодов, увеличивается.

Диодные детекторы

Детектор (электронное устройство)

Диоды в сочетании с конденсаторами применяются для выделения низкочастотной модуляции из амплитудно-модулированного радиосигнала или других модулированных сигналов. Диодные детекторы применяются в радиоприёмных устройствах: радиоприёмниках, телевизорах и т. п. Используется квадратичный участок вольт-амперной характеристики диода.

Диодная защита

Диоды применяются для защиты устройств от неправильной полярности включения, защиты входов схем от перегрузки, защиты ключей от пробоя ЭДСсамоиндукции, возникающей при выключении индуктивной нагрузки и т. п.

Два входа защищены диодными цепочками. Внизу — трёхвыводная защитная диодная сборка в сравнении со спичечной головкой

Для защиты входов аналоговых и цифровых схем от перегрузки используется цепочка из двух диодов, подключенных к шинам питания в обратном направлении, защищаемый вход подключается к средней точке этой цепочки. При нормальной работе диоды закрыты и почти не оказывают влияния на работу схемы. При уводе потенциала входа за пределы питающего напряжения один из диодов открывается и шунтирует вход схемы, ограничивая таким образом допустимый потенциал входа диапазоном в пределах питающего напряжения плюс прямое падение напряжения на диоде. Такие цепочки могут быть уже включены в состав ИС на этапе проектирования кристалла, либо предусматриваться при разработке схем узлов, блоков, устройств. Выпускаются готовые защитные сборки из двух диодов в трёхвыводных «транзисторных» корпусах.

Для сужения или расширения диапазона защиты вместо потенциалов питания необходимо использовать другие потенциалы в соответствии с требуемым диапазоном. При защите от мощных помех, возникающих на длинных проводных линиях, например, при грозовых разрядах, может потребоваться использование более сложных схем, вместе с диодами включающих в себя резисторы, варисторы, разрядники ^[8][9] .

Диодная защита ключа, коммутирующего индуктивную нагрузку

При выключении индуктивных нагрузок (таких как реле, электромагниты, магнитные пускатели, электродвигатели) возникает ЭДСсамоиндукции:

,

где — индуктивность, — ток через индуктивность, — время.

ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению силы тока через индуктивность и «стремится» поддержать ток на прежнем уровне. При выключении тока энергия магнитного поля, созданного индуктивностью, должна где-то рассеяться. Магнитное поле, создаваемое индуктивной нагрузкой, обладает энергией:

,

где — индуктивность, — ток через индуктивность,.

Таким образом, после отключения индуктивность сама становится источником тока и напряжения, а возникающее на закрытом ключе напряжение может достигать высоких значений и приводить к искрению и обгоранию контактов механических и пробою полупроводниковых ключей поскольку в этих случаях энергия будет рассеиваться непосредственно на само́м ключе. Диодная защита является простой и одной из широко распространённых схем, позволяющих защитить ключи с индуктивной нагрузкой. Диод включается параллельно катушке так, что в рабочем состоянии диод закрыт. При отключении тока возникающая ЭДС самоиндукции направлена против ранее приложенного к индуктивности напряжения, эта противо-ЭДС открывает диод, ранее шедший через индуктивность ток продолжает течь через диод и энергия магнитного поля рассеется на нём, не вызывая повреждения ключа.

В схеме защиты с одним только диодом напряжение на катушке будет равным падению напряжения на диоде в прямом направлении — порядка 0,7-1,2 В, в зависимости от величины тока. Из-за малости этого напряжения ток будет спадать довольно медленно и для ускорения выключения нагрузки может потребоваться использование более сложной защитной схемы: стабилитрон последовательно с диодом, диод в комбинации с резистором, варистором или резисторно- ёмкостной цепочкой ^[10] .

Диодные переключатели

Применяются для коммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита

Основная статья: Барьер искрозащиты

Барьер искрозащиты — узел законченной конструкции, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к искробезопасным цепям, служащий барьером между искробезопасными и искроопасными электрическими цепями. Барьер искрозащиты отличается от блока искрозащиты, тем что является законченым узлом. Блок искрозащиты входит в состав связанного с искробезопасным электрооборудованием.

Этим не исчерпывается применение диодов в электронике, однако другие схемы, как правило, весьма узкоспециальны. Совершенно другую область применимости имеют специальные диоды, поэтому они будут рассмотрены в отдельных статьях.

Интересные факты

· В первые десятилетия развития полупроводниковой технологии точность изготовления диодов была настолько низкой, что приходилось делать «разбраковку» уже изготовленных приборов. Так, диод Д220 мог, в зависимости от фактически получившихся параметров, маркироваться и как переключательный (Д220А, Б), и как стабистор (Д220С). ^{[ источник не указан 2304 дня ]} Радиолюбители широко использовали его в качестве варикапа.

· Диоды могут использоваться как датчики температуры.

· Диоды в прозрачном стеклянном корпусе (в том числе и современные SMD -варианты) могут обладать паразитной чувствительностью к свету (то есть радиоэлектронное устройство работает по-разному в корпусе и без корпуса, на свету). Существуют радиолюбительские схемы, в которых обычные диоды используются в качестве фотодиода и даже в качестве солнечной батареи.

 

Теоретическое значение емкости варикапа:

,

Где Со – начальная емкость варикапа при Uв=0,

Uв –напряжение на варикапе,

Ψк – контактная разность потенциалов.

Добротность варикапа:

,

Где - реактивная мощность,

Р- мощность

 

 

Рис. Схематическое изображение варикапа (а) и зависимость емкости варикапа от обратного напряжения (б).

Коэффициент перекрытия по емкости:

 

Рис. Графики зависимости добротности варикапа КВ117А от частоты (а) и от напряжения (б)

 

 

Рис. Эквивалентная схема замещения варикапа (а) и зависимость добротности от частоты (б)

 

Полное сопротивление варикапа:

 

Добротность варикапа в областях низких частот и высоких частот:

Частота, соответствующая максимуму добротности:

Максимум добротности:

Где Rп – сопротивление материала полупроводника, р-n-области и контакта.

 

 

 

Рис. Схема резонансного контура с электронной перестройкой при помощи варикапов

 

 

Рис. Схематическое изображение стабилитронов (а) и их вольт- амперные характеристики (б)

 

Рис. Схема включения стабилитрона (а) и стабистора (б)

 

 

 

 

Рис. Зависимость температурного коэффициента от напряжения стабилизации.

 

 

 

Рис. Линеаризованная характеристика стабилитрона (а) и схема его замещения (б)

 

Для простейшего стабилизатора напряжения справедливо:

 

Напряжение на выходе стабилизатора:
,

Где Iн=Uвых/Rн – ток нагрузки.

 

 

 

Рис. Схема простейшего стабилизатора напряжения (а) и его схема замещения (б)

 

Выходное напряжение стабилизатора:

 

 

 

Рис. Вольт- амперная характеристика туннельного диода (а), его схематическое изображение (б), и схема замещения (в)

 

 

Рис.схема генератора на туннельном диоде (а), и определение возникновения колебаний (б)

 

 

Полное сопротивление ТД:

 

 

Полное активное сопротивление:

 

Критическая частота возникновения колебаний:

 

 

Частота собственных колебаний:

 

 

Частота колебаний в случае генератора на туннельном диоде (рис выше):

 

 

Ток фотодиода в общем случае:

 

 

Где Iф=SiФ – фототок

Si – итегральная чувствительность

Ф – световой поток

 

 

 

Рис. Вольт- амперная характеристика обращенного диода (а) и его схематическое изображение (б)

 

 

Рис. Вольт- амперная характеристика фотодиода и и его схематическое изображение

 

Рис. Схема включения фотодиода с нагрузкой, построение нагрузочной характеристики и график напряжения на нагрузке

 

 

 

Рис. Условное схематическое изображение светодиода и спектральные характеристики излучения.