Diodi za semiconductor hutumika sana katika tasnia ya kielektroniki na tasnia ya kielektroniki. Zinatumika kwa kujitegemea na kama makutano ya p-n-ya transistors na vifaa vingine vingi. Kama sehemu ya pekee, diode ni sehemu muhimu ya nyaya nyingi za elektroniki. Wanapata programu nyingi kuanzia programu za nishati kidogo hadi virekebishaji.
Diode ni nini?
Likitafsiriwa kutoka kwa Kigiriki, jina la kipengele hiki cha kielektroniki maana yake halisi ni "vituo viwili". Wanaitwa anode na cathode. Katika mzunguko, sasa inapita kutoka anode hadi cathode. Diodi ya semicondukta ni kipengele cha upande mmoja na mtiririko wa sasa katika mwelekeo kinyume umezuiwa.
Kanuni ya uendeshaji
Kifaa cha diodi za semiconductor ni tofauti sana. Hii ndiyo sababu kuna aina nyingi zao, ambazo hutofautiana kwa thamani ya uso na katika kazi wanazofanya. Hata hivyo, katika hali nyingi kanuni ya msingiuendeshaji wa diode za semiconductor ni sawa. Zina makutano ya p-n, ambayo hutoa utendakazi wao msingi.
Neno hili kwa kawaida hutumiwa kurejelea umbo la kawaida la diode. Kwa kweli, inatumika kwa karibu aina yoyote yao. Diode huunda uti wa mgongo wa tasnia ya kisasa ya umeme. Kila kitu - kutoka kwa vipengele rahisi na transistors hadi microprocessors ya kisasa - ni msingi wa semiconductors. Kanuni ya uendeshaji wa diode ya semiconductor inategemea mali ya semiconductors. Teknolojia inategemea kikundi cha nyenzo, kuanzishwa kwa uchafu kwenye kimiani ya fuwele ambayo inafanya uwezekano wa kupata maeneo ambayo mashimo na elektroni ni wabebaji wa malipo.
P-n-junction
Diodi ya aina ya p-n ilipata jina lake kwa sababu hutumia makutano ya p-n ambayo huruhusu mkondo wa mkondo kutiririka kuelekea upande mmoja pekee. Kipengele kina mali nyingine ambazo pia hutumiwa sana. Diodi za semicondukta, kwa mfano, zinaweza kutoa na kutambua mwanga, kubadilisha uwezo na kudhibiti voltage.
P-n-junction ni muundo msingi wa semicondukta. Kama jina linavyopendekeza, ni makutano kati ya maeneo ya aina ya p- na n. Mpito huruhusu watoa huduma za chaji kusogea upande mmoja tu, ambao, kwa mfano, hurahisisha kubadilisha mkondo wa mkondo kwenda wa moja kwa moja.
Diodi za kawaida hutengenezwa kutokana na silikoni, ingawa germanium na vifaa vingine vya semiconductor pia hutumiwa, hasa kwa madhumuni maalum.
Volt-tabia ya ampere
Diode ina sifa ya curve ya sasa ya voltage, ambayo inaweza kugawanywa katika matawi 2: mbele na nyuma. Katika mwelekeo kinyume, sasa uvujaji ni karibu na 0, lakini kwa kuongezeka kwa voltage huongezeka polepole na, wakati voltage ya kuvunjika inafikiwa, huanza kuongezeka kwa kasi. Katika mwelekeo wa mbele, sasa inaongezeka kwa kasi na voltage iliyotumiwa juu ya kizingiti cha conduction, ambayo ni 0.7 V kwa diode za silicon na 0.4 V kwa germanium. Seli zinazotumia nyenzo tofauti zina sifa tofauti za volt-ampere na kizingiti cha upitishaji na viwango vya kuvunjika.
Diodi ya p-n-junction inaweza kuchukuliwa kuwa kifaa cha kiwango cha msingi. Inatumika sana katika utumizi mwingi kuanzia saketi za mawimbi na vigunduzi hadi vidhibiti au vikandamizaji vya muda mfupi katika mizunguko ya uingizaji au relay na virekebisha nguvu vya juu.
Vipengele na vigezo
Viainisho vya diode hutoa data nyingi. Walakini, maelezo sahihi ya kile walicho haipatikani kila wakati. Ifuatayo ni maelezo ya sifa na vigezo mbalimbali vya diode, ambavyo vimetolewa katika vipimo.
Nyenzo za semiconductor
Nyenzo zinazotumika katika makutano ya p-n ni muhimu sana kwa sababu huathiri sifa nyingi za kimsingi za diodi za semicondukta. Silicon ndiyo inayotumika sana kwa sababu ya ufanisi wake wa juu na gharama ndogo za uzalishaji. Mwingine hutumiwa mara kwa marakipengele ni germanium. Nyenzo zingine kawaida hutumiwa katika diode za kusudi maalum. Uchaguzi wa nyenzo za semiconductor ni muhimu kwa sababu huamua kizingiti cha upitishaji - takriban 0.6 V kwa silikoni na 0.3 V kwa germanium.
Kushuka kwa voltage katika hali ya sasa ya moja kwa moja (U pr.)
Saketi yoyote ya umeme ambayo mkondo wa sasa hupita husababisha kushuka kwa voltage, na kigezo hiki cha diode ya semicondukta ni muhimu sana, haswa kwa urekebishaji, wakati upotevu wa nishati unalingana na U ave. Kwa kuongezea, vifaa vya elektroniki mara nyingi vinahitaji toa kushuka kidogo kwa voltage, kwa sababu ishara zinaweza kuwa dhaifu, lakini bado zinahitaji kushinda.
Hii hutokea kwa sababu mbili. Ya kwanza iko katika asili ya makutano ya p-n na ni matokeo ya voltage ya kizingiti cha conduction ambayo inaruhusu sasa kuvuka safu ya kupungua. Sehemu ya pili ni upotevu wa kawaida wa kupinga.
Kiashiria ni muhimu sana kwa diodi za kurekebisha, ambazo zinaweza kubeba mikondo mikubwa.
Kiwango cha juu cha kurudi nyuma (U arr. max.)
Hii ndiyo volteji ya juu zaidi ya kurudi nyuma ambayo diodi ya semicondukta inaweza kuhimili. Haipaswi kuzidi, vinginevyo kipengele kinaweza kushindwa. Sio tu voltage ya RMS ya ishara ya pembejeo. Kila mzunguko lazima uzingatiwe juu ya sifa zake, lakini kwa kiboreshaji rahisi cha nusu-wimbi na capacitor laini, kumbuka kuwa capacitor itashikilia voltage sawa na kilele cha pembejeo.ishara. Kisha diode itawekwa kwenye kilele cha ishara inayoingia katika mwelekeo wa nyuma, na kwa hiyo chini ya hali hizi kutakuwa na voltage ya juu ya nyuma sawa na thamani ya kilele cha wimbi.
Upeo wa mbele wa sasa (U pr. max)
Unapounda saketi ya umeme, hakikisha kuwa viwango vya juu zaidi vya sasa vya diode havipitishwi. Kadiri ya sasa inavyoongezeka, joto la ziada huzalishwa, ambalo lazima liondolewe.
Mkondo wa kuvuja (I arr.)
Katika diodi bora, kusiwe na mkondo wa kurudi nyuma. Lakini katika makutano ya p-n halisi, ni kutokana na kuwepo kwa flygbolag za malipo ya wachache katika semiconductor. Kiasi cha uvujaji wa sasa inategemea mambo matatu. Kwa wazi, muhimu zaidi ya haya ni voltage ya nyuma. Pia, uvujaji wa sasa unategemea joto - pamoja na ukuaji wake, huongezeka kwa kiasi kikubwa. Kwa kuongeza, inategemea sana aina ya nyenzo za semiconductor. Katika suala hili, silicon ni bora zaidi kuliko germanium.
Mkondo wa kuvuja hubainishwa kwa volti fulani ya nyuma na halijoto fulani. Kwa kawaida hubainishwa katika ampeni ndogo (ΜA) au picoamps (pA).
Uwezo wa mpito
Diodi zote za semicondukta zina uwezo wa makutano. Eneo la kupungua ni kizuizi cha dielectri kati ya sahani mbili zinazounda kando ya eneo la kupungua na kanda yenye flygbolag nyingi za malipo. Thamani halisi ya capacitance inategemea voltage ya nyuma, ambayo inasababisha mabadiliko katika eneo la mpito. Ongezeko lake huongeza eneo la kupungua na, kwa hiyo,inapunguza uwezo. Ukweli huu hutumiwa katika varactors au varicaps, lakini kwa programu zingine, haswa programu za RF, athari hii lazima ipunguzwe. Kigezo kawaida hubainishwa katika pF kwa voltage fulani. Diodi maalum zenye uwezo wa chini zinapatikana kwa programu nyingi za RF.
Aina ya Kesi
Kulingana na madhumuni, diodi za semiconductor huzalishwa katika vifurushi vya aina na maumbo mbalimbali. Katika baadhi ya matukio, hasa wakati unatumiwa katika nyaya za usindikaji wa ishara, mfuko ni kipengele muhimu katika kuamua sifa za jumla za kipengele hicho cha elektroniki. Katika nyaya za nguvu ambapo uharibifu wa joto ni muhimu, mfuko unaweza kuamua vigezo vingi vya jumla vya diode. Vifaa vya nguvu vya juu vinahitaji kuunganishwa kwenye heatsink. Vipengee vidogo zaidi vinaweza kuzalishwa katika vipochi vya risasi au kama vifaa vya kupachika usoni.
Aina za diodi
Wakati mwingine ni muhimu kufahamiana na uainishaji wa diodi za semicondukta. Hata hivyo, baadhi ya vipengee vinaweza kuwa vya kategoria kadhaa.
Diodi iliyogeuzwa. Ingawa haitumiki sana, ni aina ya kipengee cha aina ya p-n, ambayo katika hatua yake ni sawa na handaki. Inaangazia kushuka kwa voltage ya hali ya chini. Hupata matumizi katika vigunduzi, virekebishaji na swichi za masafa ya juu.
Diodi ya usafirishaji ya sindano. Ina mengi yanayofanana na yale ya kawaida zaidi ya kuruka kwa maporomoko ya theluji. Inatumika katika jenereta za microwave na mifumo ya kengele.
Diode Gunn. Sio ya aina ya p-n, lakini ni kifaa cha semiconductor na vituo viwili. Hutumika kwa kawaida kutengeneza na kubadilisha mawimbi ya microwave katika masafa ya 1-100 GHz.
Kutoa mwangaza au LED ni mojawapo ya aina maarufu zaidi za vijenzi vya kielektroniki. Katika upendeleo wa mbele, mkondo unaopita kupitia makutano husababisha mwanga kutolewa. Wanatumia semiconductors ambatani (k.m. gallium arsenide, gallium phosfidi, indium phosfidi) na wanaweza kung'aa kwa rangi mbalimbali, ingawa awali zilikuwa nyekundu pekee. Kuna maendeleo mengi mapya ambayo yanabadilisha jinsi maonyesho yanavyofanya kazi na kuzalishwa, OLED ikiwa ni mfano.
Photodiode. Inatumika kugundua mwanga. Fotoni inapogonga makutano ya p-n, inaweza kuunda elektroni na mashimo. Pichadiodi kwa kawaida hufanya kazi chini ya hali ya upendeleo wa kinyume, ambapo hata mikondo midogo inayozalishwa na mwanga inaweza kutambuliwa kwa urahisi. Photodiodes inaweza kutumika kuzalisha umeme. Wakati mwingine vipengele vya aina ya pini hutumika kama vitambua picha.
Pin-diodi. Jina la kipengele cha elektroniki linaelezea vizuri kifaa cha diode ya semiconductor. Ina mikoa ya kawaida ya p- na n-aina, lakini kuna eneo la ndani bila uchafu kati yao. Ina athari ya kuongeza eneo la eneo la kupungua, ambayo inaweza kuwa muhimu kwa kubadili, na pia katika photodiodes, nk.
Mkutano wa kawaida wa p-n-unaweza kuchukuliwa kuwa wa kawaidaau aina ya kawaida ya diode ambayo inatumika leo. Zinaweza kutumika katika RF au programu zingine za volteji ya chini, pamoja na volteji ya juu na virekebisha nguvu vya juu.
Diodi za Schottky. Wana kushuka kwa voltage ya mbele ya chini kuliko semiconductors za silicon za kawaida za p-n-aina. Kwa mikondo ya chini, inaweza kuwa kutoka 0.15 hadi 0.4 V, na sio 0.6 V, kama diode za silicon. Ili kufanya hivyo, hazijafanywa kama kawaida - hutumia mawasiliano ya chuma-semiconductor. Hutumika sana kama vidhibiti, virekebishaji na katika vifaa vya redio.
Diode yenye mkusanyiko wa chaji. Ni aina ya diode ya microwave inayotumika kutengeneza na kutengeneza mipigo kwa masafa ya juu sana. Uendeshaji wake unatokana na sifa ya kusafiri haraka sana.
Diodi ya laser. Inatofautiana na utoaji wa mwanga wa kawaida kwani hutoa mwanga thabiti. Diode za laser hutumiwa katika vifaa vingi, kutoka kwa DVD na CD hadi kwa vidokezo vya laser. Wao ni nafuu zaidi kuliko aina nyingine za lasers, lakini kwa kiasi kikubwa ni ghali zaidi kuliko LEDs. Wana maisha mafupi ya huduma.
diodi ya tunnel. Ingawa haitumiki sana leo, ilitumika hapo awali katika vikuza, oscillators na vifaa vya kubadili, saketi za saa za oscilloscope, wakati ilikuwa na ufanisi zaidi kuliko vipengele vingine.
Varactor au varicap. Inatumika katika vifaa vingi vya RF. Kwa diode hii, upendeleo wa nyuma hubadilisha upana wa safu ya kupungua kulingana na voltage iliyotumiwa. Katika usanidi huuhufanya kama capacitor iliyo na eneo la kupungua linalofanya kazi kama dielectri ya kuhami na sahani zinazoundwa na mikoa ya conductive. Inatumika katika oscillators zinazodhibitiwa na voltage na vichujio vya RF.
Diodi ya Zener. Ni aina muhimu sana ya diode kwani hutoa voltage ya kumbukumbu thabiti. Kutokana na hili, diode ya zener hutumiwa kwa kiasi kikubwa. Inafanya kazi chini ya hali ya upendeleo wa kinyume na huvunjika wakati tofauti fulani inayoweza kufikiwa. Ikiwa sasa ni mdogo na kupinga, basi hii inatoa voltage imara. Inatumika sana kuleta utulivu wa vifaa vya nguvu. Kuna aina 2 za uchanganuzi wa kinyume katika diodi za zener: mtengano wa Zener na uangazaji wa athari.
Kwa hivyo, aina mbalimbali za diodi za semicondukta hujumuisha vipengele vya nishati ya chini na utumizi wa nishati ya juu, kutoa na kutambua mwanga, na kushuka kwa voltage ya mbele kwenda mbele na uwezo unaobadilika. Zaidi ya hayo, kuna aina kadhaa ambazo hutumika katika teknolojia ya microwave.
