Diodeja käytetään laajasti useista sovelluksista aina elektronisesta suunnittelusta tuotantoon ja korjaukseen. Ne ovat erityyppisiä ja siirtävät sähkövirtaa kyseisen diodin ominaisuuksien ja spesifikaatioiden perusteella. Nämä ovat pääasiassa P-N-liitosdiodit, valoherkät diodit, Zener-diodit, Schottky-diodit, Varactor-diodit. Valoherkkiin diodeihin kuuluvat LEDit, fotodiodit ja aurinkosähkökennot. Jotkut näistä selitetään lyhyesti tässä artikkelissa.
1. P-N-liitosdiodi
P-N-liitos on puolijohdelaite, joka muodostuu P- ja N-tyyppisistä puolijohdemateriaaleista. P-tyypissä on suuri reikien pitoisuus ja N-tyypissä on suuri elektronien pitoisuus. Reiän diffuusio tapahtuu p-tyypistä n-tyyppiseen ja elektronidiffuusio on n-tyypistä p-tyyppiseen.
Luovuttajaionit n-tyypin alueella latautuvat positiivisesti, kun vapaat elektronit siirtyvät n-tyypistä p-tyyppiin. Siksi positiivinen varaus on rakennettu risteyksen N-puolelle. Risteyksen poikki olevat vapaat elektronit ovat negatiivisia akseptori-ioneja täyttämällä aukot, sitten liitoksen p-puolelle muodostettu negatiivinen varaus näkyy kuvassa.
Sähkökenttä, jonka muodostavat positiiviset ionit n-tyypin alueella ja negatiiviset ionit p-tyypin alueilla. Tätä aluetta kutsutaan diffuusioalueeksi. Koska sähkökenttä pyyhkii nopeasti vapaat kantajat pois, alue on siten tyhjentynyt vapaista kantajista. Sisäänrakennettu potentiaali Vkanssajohtuen Ê muodostuu risteyksessä on esitetty kuvassa.
Toimintakaavio P-N-liitosdiodista:
Toimintakaavio P-N-liitosdiodista
P-N-liitoksen eteenpäin liittyvät ominaisuudet:
Kun akun positiivinen napa on kytketty P-tyyppiin ja negatiivinen napa on kytketty N-tyyppiin, kutsutaan P-N-liitoksen eteenpäin suuntautuvaa esijännitystä.
P-N-liitoksen eteenpäin liittyvät ominaisuudet
Jos tästä ulkoisesta jännitteestä tulee suurempi kuin potentiaalisen esteen arvo, noin 0,7 volttia piin ja 0,3 V Ge: n kohdalla, potentiaalinen este ylitetään ja virta alkaa virrata johtuen elektronien siirtymisestä risteyksen yli ja sama rei'ille.
P-N-liitoksen eteenpäin suuntautuvat ennakkoarvot
P-N-liitoksen käänteiset ominaisuudet:
Kun diodin n-osalle annetaan positiivinen jännite ja diodin p-osalle negatiivinen jännite, sen sanotaan olevan käänteisessä esijännitetilassa.
P-N-liitoksen käänteisten ominaisuuksien piiri
Kun diodin N-osalle annetaan positiivinen jännite, elektronit liikkuvat kohti positiivista elektrodia ja negatiivisen jännitteen soveltaminen p-osaan saa reiät liikkumaan kohti negatiivista elektrodia. Tämän seurauksena elektronit ylittävät liitoksen yhdistyäkseen liitoksen vastakkaisella puolella olevien reikien kanssa ja päinvastoin. Tämän seurauksena muodostuu tyhjennyskerros, jolla on suuri impedanssirata ja korkea potentiaalinen este.
P-N-liitoksen käänteiset ennakkoarvot
P-N-liitosdiodin sovellukset:
P-N-liitosdiodi on kaksinapainen napaisuusherkkä laite, diodi johtaa eteenpäin suuntautuvassa esijännityksessä ja diodi ei johda käänteisessä esijännityksessä. Näiden ominaisuuksien vuoksi P-N-liitosdiodia käytetään monissa sovelluksissa, kuten
- Tasasuuntaajat tasavirrassa virtalähde
- Demodulaatiopiirit
- Leikkaus- ja kiinnitysverkot
2. Valodiodi
Valodiodi on eräänlainen diodi, joka tuottaa virtaa, joka on verrannollinen tulevaan valoenergiaan. Se on valo-jännite / virta-muunnin, joka löytää sovelluksia turvajärjestelmiin, kuljettimiin, automaattisiin kytkentäjärjestelmiin jne. Valodiodi on samanlainen kuin rakenteeltaan LED, mutta sen p-n-liitos on erittäin herkkä valolle. P-n-risteys voidaan paljastaa tai se voidaan pakata ikkunan kanssa valon siirtämiseksi P-N-risteykseen. Eteenpäin esijännitetyssä tilassa virta kulkee anodista katodiin, kun taas päinvastaisessa esijännitetyssä tilassa valovirta kulkee vastakkaiseen suuntaan. Useimmissa tapauksissa fotodiodin pakkaus on samanlainen kuin LED, jossa on anodi ja katodijohdot ulkonevat kotelosta.
Valodiodi
Valodiodeja on kahdenlaisia - PN- ja PIN-valodiodit. Ero on heidän suorituskyvyssä. PIN-valodiodilla on sisäinen kerros, joten sen on oltava puolueellinen. Käänteisen esijännityksen seurauksena ehtymäalueen leveys kasvaa ja p-n-liitoksen kapasitanssi pienenee. Tämä mahdollistaa uusien elektronien ja reikien muodostumisen ehtymisalueelle. Mutta käänteisen esijännityksen yksi haittapuoli on, että se tuottaa kohinavirtaa, joka voi vähentää S / N-suhdetta. Joten käänteinen esijännitys soveltuu vain sovelluksiin, jotka vaativat suurempaa kaistanleveys . PN-valodiodi on ihanteellinen matalan valon sovelluksiin, koska toiminta on puolueeton.
Valodiodi toimii kahdessa tilassa, nimittäin aurinkosähkötilassa ja valojohtavassa tilassa. Aurinkosähkömuodossa (jota kutsutaan myös nollapoikkeamatilaksi) laitteen valovirta on rajoitettu ja jännite muodostuu. Valodiodi on nyt eteenpäin esijännitetyssä tilassa ja “tumma virta” alkaa virrata p-n-liitoksen poikki. Tämä tumman virran virtaus tapahtuu valovirran suuntaa vastapäätä. Tumma virta syntyy ilman valoa. Tumma virta on taustasäteilyn ja laitteen kyllästysvirran aiheuttama valovirta.
Valojohdotustila tapahtuu, kun fotodiodi on käänteinen. Tämän seurauksena tyhjennyskerroksen leveys kasvaa ja johtaa p-n-liitoksen kapasitanssin pienenemiseen. Tämä pidentää diodin vasteaikaa. Reagointikyky on syntyvän valovirran suhde tulevaan valoenergiaan. Valojohtavassa tilassa diodi tuottaa vain pienen virran, jota kutsutaan kyllästysvirraksi tai takavirraksi sen suunnassa. Valovirta pysyy samana tässä tilassa. Valovirta on aina verrannollinen luminesenssiin. Vaikka valojohtava tila on nopeampi kuin aurinkosähkötila, elektroninen kohina on korkeampi valojohtavassa tilassa. Piipohjaiset valodiodit tuottavat vähemmän melua kuin germanium-pohjaiset valodiodit, koska piifotodiodien kaistaväli on suurempi.
3. Zener-diodi
Zener-diodi on eräänlainen diodi, joka sallii virran kulkemisen eteenpäin samalla tavalla kuin tasasuuntaajan diodi, mutta samalla se voi sallia virran käänteisen virtauksen myös silloin, kun jännite on Zenerin hajoamisarvon yläpuolella. Tämä on tyypillisesti 1-2 volttia suurempi kuin Zenerin nimellisjännite, ja se tunnetaan nimellä Zenerin jännite tai lumivyörypiste. Zener nimettiin niin Clarence Zenerin mukaan, joka löysi diodin sähköiset ominaisuudet. Zener-diodit löytävät sovelluksia jännitteen säätelystä ja puolijohdelaitteiden suojaamisesta jännitteen vaihteluilta. Zener-diodeja käytetään laajalti jänniteohjearvoina ja shuntti-säätiminä piireiden välisen jännitteen säätämiseksi.
Zener-diodi käyttää p-n-risteystään päinvastaisessa esijännitetilassa Zener-efektin saamiseksi. Zener-vaikutuksen tai Zener-hajoamisen aikana Zener pitää jännitteen lähellä vakioarvoa, joka tunnetaan nimellä Zener-jännite. Tavanomaisella diodilla on myös käänteisen esijännityksen ominaisuus, mutta jos käänteinen esijännite ylitetään, diodiin kohdistuu suuri virta ja se vaurioituu. Toisaalta Zener-diodi on erityisesti suunniteltu siten, että siinä on alennettu rikkoutumisjännite, jota kutsutaan Zener-jännitteeksi. Zener-diodilla on myös hallitun hajoamisen ominaisuus ja se sallii virran pitää Zener-diodin yli olevan jännitteen lähellä rikkoutumisjännitettä. Esimerkiksi 10 voltin Zener laskee 10 volttia laajalla vaihtovirran alueella.
Kun Zener-diodi on käänteisesti esijännitetty, sen p-n-liitos kokee lumivyöryn hajoamisen ja Zener johtaa päinvastaisessa suunnassa. Käytetyn sähkökentän vaikutuksesta valenssielektroneja kiihdytetään koputtamaan ja vapauttamaan muita elektroneja. Tämä päättyy Avalanche-ilmiöön. Kun tämä tapahtuu, pieni jännitteen muutos johtaa suureen virtaukseen. Zenerin hajoaminen riippuu käytetystä sähkökentästä sekä sen kerroksen paksuudesta, jolle jännite kohdistetaan.
Zener-diodi vaatii virtaa rajoittavan vastuksen sarjaan rajoittamaan virtaa Zenerin läpi. Tyypillisesti Zener-virta on kiinteä 5 mA. Esimerkiksi, jos 10 V: n Zeneriä käytetään 12 voltin jännitesyötöllä, 400 ohmia (lähellä oleva arvo on 470 ohmia) on ihanteellinen pitämään Zener-virta 5 mA: na. Jos jännite on 12 volttia, Zener-diodin yli on 10 volttia ja vastuksen yli 2 volttia. Kun 2 volttia on yli 400 ohmin vastuksen, vastuksen ja Zenerin läpi kulkeva virta on 5 mA. Joten Zenerin kanssa käytetään sarjaan 220 ohmia - 1 K vastuksia syöttöjännitteestä riippuen. Jos Zenerin läpi kulkeva virta on riittämätön, lähtö on säätelemätön ja pienempi kuin nimellinen rikkoutumisjännite.
Seuraava kaava on hyödyllinen virran määrittämiseksi Zenerin kautta:
Zener = (VIn - V lähtö) / R ohmia
Vastuksen R arvon on täytettävä kaksi ehtoa.
- Sen on oltava pieni arvo, jotta Zenerin kautta voidaan kuluttaa riittävästi virtaa
- Vastuksen teholuokituksen on oltava riittävän korkea Zenerin suojaamiseksi.
Valokuvahaku:
