Специальные типы полупроводниковых диодов
Дио́д (от др.-греч. δις[1] — два и -од[2] — от окончания -од термина электрод; букв. «двухэлектродный»; корень -од происходит от др.-греч. ὁδός «путь») — электронныйэлемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока.
Электроды диода носят названия анод и катод. Если к диоду приложено прямое напряжение (т.е анод имеет положительный потенциал относительно катода), то диод открыт (через него течёт прямой ток, он имеет малое сопротивление). Напротив, если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт (его сопротивление велико, обратный ток мал, и может считаться равным нулю во многих случаях).
Типы диодов
Диоды бывают электровакуумными (кенотроны), газонаполненными (газотроны, игнитроны, стабилитроны), полупроводниковыми и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.
| Диоды | ||||||||||||||||||||||
| Полупроводниковые | Не полупроводниковые | |||||||||||||||||||||
| Газозаполненные | Вакуумные | |||||||||||||||||||||
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковый диод в стеклянном корпусе. На фотографии виден полупроводник с контактами, подходящими к нему.
Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом (Диод Шоттки).
Специальные типы диодов
Цветные светодиоды
Светодиод ультрафиолетового спектра излучения (увеличен).
· Стабилитроны (диод Зенера). Используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.
· Туннельные диоды (диоды Лео Эсаки). Диоды, существенно использующие квантовомеханические эффекты
. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике. Применяются как усилители, генераторы и пр.· Обращённые диоды. Имеют гораздо более низкое падение напряжения в открытом состоянии, чем обычный диод. Принцип работы обращённого диода основан на туннельном эффекте.
· Точечные диоды. Ранее использовались в СВЧ технике (благодаря низкой ёмкости p-n перехода); кроме того точечные диоды имеют на обратной ветви вольт-амперной характеристики участок отрицательного дифференциального сопротивления, что использовалось для их применения в генераторах и усилителях.
· Варикапы (диоды Джона Джеумма). Используется то, что запертый p—n-переход обладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов переменной ёмкости.
· Светодиоды (диоды Генри Раунда). В отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном. Однако выпускаются светодиоды и с излучением в ИК-диапазоне, а с недавних пор — и в УФ.
· Полупроводниковые лазеры. По устройству близки к светодиодам, однако имеют оптический резонатор, излучают когерентный свет.
· Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием света.
· Солнечный элемент. Подобен фотодиоду, но работает без смещения. Падающий на p-n -переход свет вызывает движение электронов и генерацию тока.
· Диоды Ганна. Используются для генерации и преобразования частоты в СВЧ диапазоне. напряжения при прямом включении.
· Лавинный диод — диод, основанный на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики. Применяется для защиты цепей от перенапряжений
· Лавинно-пролётный диод — диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике.
· Магнитодиод. Диод, вольт-амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n -перехода.
· Стабисторы. При работе используется участок ветви вольт-амперной характеристики, соответствующий «прямому напряжению» на диоде.
·
· Диод Шоттки. Диод с малым падением
· Смесительный диод — предназначен для перемножения двух высокочастотных сигналов.
· pin диод — содержит область собственной проводимости между сильнолегированными областями. Используется в СВЧ-технике, силовой электронике, как фотодетектор.
2. Полупроводнико́вый дио́д
Полупроводнико́вый дио́д — полупроводниковый прибор, в широком смысле - электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле - полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один или несколько p-n -переходов.
В отличие от других типов диодов, например, вакуумных, принцип действия полупроводниковых диодов основывается на различных физических явлениях переноса зарядов в твердотельном полупроводнике и взаимодействии их с электромагнитным полем в полупроводнике.
Основные характеристики и параметры диодов
Диод ДГ-Ц25. 1959 г.
· Вольт-амперная характеристика
· Максимально допустимое постоянное обратное напряжение
· Максимально допустимое импульсное обратное напряжение
· Максимально допустимый постоянный прямой ток
· Максимально допустимый импульсный прямой ток
· Номинальный постоянный прямой ток
· Прямое постоянное напряжение на диоде при номинальном токе (т. н. «падение напряжения»)
· Постоянный обратный ток, указывается при максимально допустимом обратном напряжении
· Диапазон рабочих частот
· Ёмкость
· Пробивное напряжение (для защитных диодов и стабилитронов)
· Тепловое сопротивление корпуса при различных вариантах монтажа
· Максимально допустимая мощность рассеивания
Электровакуумный диод
Электровакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты. Практический частотный диапазон традиционного вакуумного диода ограничен частотами до 500 МГц. Дисковые диоды, интегрированные в волноводы, способны детектировать частоты до 10 ГГц [1] .
Устройство
Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.
Электровакуумный диод представляет собой сосуд (баллон), в котором создан высокий вакуум. В баллоне размещены два электрода — катод и анод. Катод прямого накала представляет собой прямую или W-образную нить, разогреваемую током накала. Катод косвенного накала — длинный цилиндр или короб, внутри которых уложена электрически изолированная спираль подогревателя. Как правило, катод вложен внутрь цилиндрического или коробчатого анода, который в силовых диодах может иметь рёбра или «крылышки» для отвода тепла. Выводы катода, анода и подогревателя (в лампах косвенного накала) соединены с внешними выводами (ножками лампы).
Принцип работы
При разогреве катода электроны начнут покидать его поверхность за счёт термоэлектронной эмиссии. Покинувшие поверхность электроны будут препятствовать вылету других электронов, в результате вокруг катода образуется своего рода облако электронов. Часть электронов с наименьшими скоростями из облака падает обратно на катод. При заданной температуре катода облако стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает.
Уже при нулевом напряжении анода относительно катода (например, при коротком замыкании анода на катод) в лампе течёт ток электронов из катода в анод: относительно быстрые электроны преодолевают потенциальную яму пространственного заряда и притягиваются к аноду. Отсечка тока наступает только тогда, когда на анод подано запирающее отрицательное напряжение порядка −1 В и ниже. При подаче на анод положительного напряжения в диоде возникает ускоряющее поле, ток анода возрастает. При достижении током анода значений, близких к пределу эмиссии катода, рост тока замедляется, а затем стабилизируется (насыщается).
