Od projektu elektronicznego po produkcję i naprawę diody są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach. Są to różne typy i przenoszą prąd elektryczny w zależności od właściwości i specyfikacji danej diody. Są to głównie diody złączowe P-N, diody światłoczułe, diody Zenera, diody Schottky'ego, diody Varactor. Diody światłoczułe obejmują diody LED, fotodiody i ogniwa fotowoltaiczne. Niektóre z nich zostały pokrótce wyjaśnione w tym artykule.
1. Dioda złącza P-N
Złącze P-N to element półprzewodnikowy, który jest utworzony z materiału półprzewodnikowego typu P i N. Typ P ma wysokie stężenie dziur, a typ N ma wysokie stężenie elektronów. Dyfuzja otworów przebiega od typu p do typu n, a dyfuzja elektronów od typu n do typu p.
Jony donorowe w regionie typu n stają się dodatnio naładowane, gdy wolne elektrony przechodzą z typu n do typu p. W związku z tym po stronie N skrzyżowania powstaje ładunek dodatni. Wolne elektrony na złączu są ujemnymi jonami akceptorowymi przez wypełnienie otworów, następnie ujemny ładunek utworzony po stronie p złącza jest pokazany na rysunku.
Pole elektryczne utworzone przez jony dodatnie w regionie typu n i jony ujemne w obszarach typu p. Ten region nazywany jest obszarem dyfuzji. Ponieważ pole elektryczne szybko wymiata wolne nośniki, stąd region jest pozbawiony wolnych nośników. Wbudowany potencjał Vzze względu na Ê powstaje na skrzyżowaniu pokazano na rysunku.
Schemat funkcjonalny diody połączeniowej P-N:
Schemat funkcjonalny diody połączeniowej P-N
Charakterystyka do przodu złącza P-N:
Gdy dodatni zacisk akumulatora jest podłączony do typu P, a ujemny zacisk do typu N, nazywane jest polaryzacją w przód złącza P-N, co pokazano na rysunku poniżej.
Charakterystyka do przodu złącza P-N
Jeśli to zewnętrzne napięcie stanie się większe niż wartość bariery potencjału, około 0,7 V dla krzemu i 0,3 V dla Ge, bariera potencjału zostaje przekroczona i prąd zaczyna płynąć z powodu ruchu elektronów przez złącze i to samo dla otworów.
Charakterystyka odchylenia do przodu złącza P-N
Odwrotna charakterystyka złącza P-N:
Kiedy dodatnie napięcie jest podawane do części n i ujemne do części p diody, mówi się, że jest w stanie odwrotnego polaryzacji.
Obwód odwrotnej charakterystyki złącza P-N
Gdy dodatnie napięcie jest podawane do części N diody, elektrony przemieszczają się w kierunku elektrody dodatniej, a przyłożenie napięcia ujemnego do części p powoduje przesunięcie otworów w kierunku elektrody ujemnej. W rezultacie elektrony przecinają złącze, łącząc się z dziurami po przeciwnej stronie złącza i odwrotnie. W rezultacie powstaje warstwa zubożona o ścieżce o wysokiej impedancji z barierą o wysokim potencjale.
Charakterystyka odwrotnego odchylenia złącza P-N
Zastosowania diody złączowej P-N:
Dioda złączowa P-N jest urządzeniem wrażliwym na polaryzację z dwoma zaciskami, dioda przewodzi, gdy polaryzacja jest przekazywana, a dioda nie przewodzi, gdy polaryzacja odwrotna. Ze względu na te właściwości dioda złączowa P-N jest używana w wielu zastosowaniach, takich jak
- Prostowniki w DC zasilacz
- Obwody demodulacyjne
- Sieci obcinania i zaciskania
2. Fotodioda
Fotodioda to rodzaj diody, która generuje prąd proporcjonalny do padającej energii światła. Jest to konwerter światła na napięcie / prąd, który znajduje zastosowanie w systemach bezpieczeństwa, przenośnikach, systemach automatycznego przełączania itp. Fotodioda jest podobna do diody LED, ale jej złącze p-n jest bardzo wrażliwe na światło. Połączenie p-n może być odsłonięte lub zapakowane w okienko, aby wpuścić światło do skrzyżowania P-N. W stanie spolaryzowanym do przodu prąd przepływa od anody do katody, podczas gdy w stanie spolaryzowanym do przodu fotoprąd płynie w kierunku przeciwnym. W większości przypadków opakowanie fotodiody jest podobne do LED z wyprowadzeniami anody i katody z obudowy.
Dioda fotograficzna
Istnieją dwa rodzaje fotodiod - fotodiody PN i PIN. Różnica polega na ich wydajności. Fotodioda PIN ma wewnętrzną warstwę, więc musi być spolaryzowana odwrotnie. W wyniku odwrotnego polaryzacji szerokość obszaru zubożenia wzrasta, a pojemność złącza p-n maleje. Pozwala to na generowanie większej liczby elektronów i dziur w regionie zubożenia. Ale jedną wadą odwrotnego polaryzacji jest to, że generuje prąd zakłócający, który może zmniejszyć stosunek S / N. Zatem odwrotne odchylenie jest odpowiednie tylko w zastosowaniach, które wymagają wyższego pasmo . Fotodioda PN jest idealna do zastosowań przy słabym oświetleniu, ponieważ działa bezstronnie.
Fotodioda działa w dwóch trybach, a mianowicie w trybie fotowoltaicznym i trybie fotoprzewodzącym. W trybie fotowoltaicznym (zwanym również trybem Zero bias), fotoprąd z urządzenia jest ograniczony i napięcie wzrasta. Fotodioda jest teraz w stanie spolaryzowanym do przodu i „ciemny prąd” zaczyna przepływać przez złącze p-n. Ten przepływ prądu ciemnego zachodzi w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu fotoprądu. Ciemny prąd generuje się przy braku światła. Prąd ciemny to fotoprąd indukowany przez promieniowanie tła plus prąd nasycenia w urządzeniu.
Tryb fotoprzewodzący występuje, gdy fotodioda jest spolaryzowana odwrotnie. W wyniku tego szerokość warstwy zubożonej zwiększa się i prowadzi do zmniejszenia pojemności złącza p-n. Zwiększa to czas odpowiedzi diody. Czułość to stosunek generowanego fotoprądu do padającej energii światła. W trybie fotoprzewodzącym dioda generuje tylko niewielki prąd zwany prądem nasycenia lub prądem wstecznym wzdłuż swojego kierunku. W tym stanie fotoprąd pozostaje ten sam. Fotoprąd jest zawsze proporcjonalny do luminescencji. Mimo że tryb fotoprzewodzący jest szybszy niż tryb fotowoltaiczny, szum elektroniczny jest wyższy w trybie fotoprzewodzącym. Fotodiody na bazie krzemu generują mniej szumów niż fotodiody na bazie germanu, ponieważ fotodiody krzemowe mają większy pasmo wzbronione.
3. Dioda Zenera
Dioda Zenera jest rodzajem diody, która umożliwia przepływ prądu w kierunku do przodu, podobnie jak dioda prostownicza, ale jednocześnie może pozwolić na odwrotny przepływ prądu również wtedy, gdy napięcie jest powyżej wartości przebicia Zenera. Jest to zwykle o jeden do dwóch woltów wyższe niż napięcie znamionowe Zenera i jest znane jako napięcie Zenera lub punkt lawinowy. Zener został nazwany tak na cześć Clarence'a Zenera, który odkrył elektryczne właściwości diody. Diody Zenera znajdują zastosowanie w regulacji napięcia i ochronie urządzeń półprzewodnikowych przed wahaniami napięcia. Diody Zenera są szeroko stosowane jako odniesienia napięcia i jako regulatory bocznikowe do regulacji napięcia w obwodach.
Dioda Zenera wykorzystuje swoje złącze p-n w trybie odwrotnego polaryzacji, aby uzyskać efekt Zenera. Podczas efektu Zenera lub przebicia Zenera, Zener utrzymuje napięcie bliskie stałej wartości znanej jako napięcie Zenera. Tradycyjna dioda ma również właściwość odwrotnego polaryzacji, ale jeśli zostanie przekroczone odwrotne napięcie polaryzacji, dioda zostanie poddana działaniu dużego prądu i ulegnie uszkodzeniu. Z drugiej strony dioda Zenera jest specjalnie zaprojektowana, aby mieć zmniejszone napięcie przebicia zwane napięciem Zenera. Dioda Zenera wykazuje również właściwość kontrolowanego przebicia i pozwala prądowi na utrzymanie napięcia na diodzie Zenera blisko napięcia przebicia. Na przykład 10-woltowy Zener spadnie o 10 woltów w szerokim zakresie prądów wstecznych.
Kiedy dioda Zenera jest spolaryzowana odwrotnie, jej złącze p-n ulegnie awarii lawinowej, a Zener będzie przewodził w odwrotnym kierunku. Pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego elektrony walencyjne będą przyspieszane, aby wybić i uwolnić inne elektrony. Kończy się to efektem lawiny. W takim przypadku niewielka zmiana napięcia spowoduje duży przepływ prądu. Przebicie Zenera zależy od przyłożonego pola elektrycznego, a także od grubości warstwy, na którą przyłożone jest napięcie.
Dioda Zenera wymaga podłączonego szeregowo rezystora ograniczającego prąd, aby ograniczyć przepływ prądu przez Zenera. Zazwyczaj prąd Zenera jest ustalony na 5 mA. Na przykład, jeśli używany jest 10 V Zenera z zasilaniem 12 V, 400 omów (wartość zbliżona to 470 omów) jest idealne, aby utrzymać prąd Zenera na poziomie 5 mA. Jeśli napięcie zasilania wynosi 12 woltów, na diodzie Zenera jest 10 woltów, a na rezystorze 2 wolty. Przy 2 woltach na rezystorze 400 omów prąd płynący przez rezystor i Zenera wyniesie 5 mA. Z reguły rezystory od 220 omów do 1K są używane szeregowo z Zenerem, w zależności od napięcia zasilania. Jeśli prąd płynący przez Zenera jest niewystarczający, wyjście będzie nieregulowane i mniejsze niż nominalne napięcie przebicia.
Poniższy wzór jest przydatny do określenia prądu płynącego przez Zenera:
Zener = (VIn - V Out) / R Ohm
Wartość rezystora R musi spełniać dwa warunki.
- Musi to być niska wartość, aby zapewnić wystarczający prąd przez Zenera
- Moc znamionowa rezystora musi być wystarczająco wysoka, aby chronić Zenera.
Kredyt zdjęciowy:
