Диод

Диод (рус. диод, англ. Diode, нем. Die Diode) – электронный прибор, с двумя электродами, пропускающий электрический ток только в одном направлении. Применяется в радиотехнике, электронике, энергетике и других отраслях, преимущественно, для выпрямления переменного электрического тока, детектирования, преобразования и умножения частоты, а также для переключения электрических цепей.
Название диод предложил в 1919 году Уильям Генри Эклз, образовав ее от греческой доли ди-, которая означает два и греч.- путь.
Обозначение лампового диода Обозначения напивпровидниковго диоду часто встречаются полупроводниковые диоды, однако ламповые диоды имеют свою область применения.
Полупроводниковый диод – использует ректификационные свойства pn перехода, т.е. пропускания тока только в одном направлении.
В ламповом диоде ток может проходить только от анода к катоду, благодаря конструкции лампы. Ламповые диоды широко использовались в радиотехнике протяжении XX-го века, но в современную эпоху за ними сохранились только отдельные области применения.
В 1873 Фредерик Гутрай открыл принцип функционирования вакуумного диода. Поднося раскаленный металл к положительно заряженного электроскопа, хотя и не касаясь его, он смог разрядить электроскоп, а с отрицательно заряженным электроскопом такого не случалось. Это открытие независимо повторил Томас Эдисон в 1880 году. Во времена этого открытия было непонятно, как можно использовать этот эффект, но Эдисон на всякий случай запатентовал изобретенный устройство.
Через 20 лет, Джон Амброз Флеминг понял, что эффект односторонней проводимости можно использовать в радио. Он запатентовал свое изобретение в 1904 году – в Великобритании, а в 1905 году – в США.
Принцип работы полупроводникового диода открыл в 1874 году Карл Фердинанд Браун. Первый радиоприемник с использованием кристаллического диода сконструировал Гринлиф Виттиер Пикард. Свое изобретение он запатентовал в 1906 году.
Диоды изготовляют из кремния, германия, селена и других полупроводников.
Рассмотрим способы образования pn перехода в диоде. Этот переход не удается получить механическим соединением полупроводников, потому что расстояние между p и n областями должно быть не более от межатомных расстояний. Поэтому основными методами получения pn переходов сплавления и диффузия.
Рассмотрим германиевый диод с n-электропроводностью. При высокой температуре у него вплавляють индий, вследствие чего образуется участок с г-электропроводностью. На границе этих участков образуется pn переход.
Четыре режимные области полупроводникового диода Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода схематически показана на рисунке (без сохранения масштаба). Рисунок демонстрирует четыре режима работы полупроводникового диода. При обратной напряжении превышающей V b r, наступает пробой – резкое увеличение тока, которое используется в работе лавинных диодов и диодов Зенера. При обратной напряжении, меньшем V b r, существует только малый ток насыщения, в основном, порядка микроампер. При приложении напряжения в прямом направлении, ток возрастает экспоненциально, оставаясь малым до напряжения V d, – напряжения открывания диода. Это напряжение может быть различной, в зависимости от типа диода, – от 0,2 В для диодов Шоттки, до 4 В в голубых светодиодов.
Вольт-амперные характеристики некоторых диодов, например, диода Ганна и резонансного туннельного диода могут содержать участки с отрицательной дифференциальной проводимостью, то есть участки, на которых сила тока в диоде уменьшается, при увеличении приложенного напряжения. Такие диоды удобны для использования в генераторах электрических колебаний.
Вольт-амперную характеристику идеального диода, т.е. диода, в котором не учитывается возможность пробоя и другие факторы, можно описать уравнением Шокли

,

где I – сила тока, I S – сила тока насыщения при обратном напряжении, V a – напряжение (в прямом направлении), k B – постоянная Больцмана, T – температура.
Величину V T = k B T / e называют термальной напряжением.
I s – ток насыщения (тепловой ток)
R б – сопротивление базы диода
R а – активное сопротивление
R Д – дифференциальный сопротивление
C б – барьерная емкость
С Д – диффузионная емкость
R тп к – тепловое сопротивление переход-корпус
К В – коэффициент випростування
? к – контактная разность потенциалов
Допустимые обратные напряжения кремниевых диодов – 1000-1500 В, а германиевых 100-400 В. Интервал рабочих температур кремниевого диода – от -60 o C до +150 o C, а для германиевого – от -60 o C до +85 o C. Поэтому сейчас в основном используют кремниевые диоды.
Диоды широко используются в электротехнике, электронике, и радиотехнике. С разными целями, в зависимости от их характеристик.
Свойство диода – проводить ток только в одном направлении, применяют в выпрямителях – для преобразования переменного тока в постоянный.
Диоды используются при демодуляции амплитудно-модулированного радиосигнала, т.е. выделение низкочастотной составляющей с высокочастотного сигнала.
Вместе с другими электронными компонентами, диоды могут использоваться для создания AND и OR логических элементов.
Светодиоды используются в качестве источников света, а фотодиоды – как его индикаторы.
Работа диодов чувствительна к радиоактивных лучей, что позволяет использовать их в качестве детекторов ионизирующего излучения, в частности детекторов элементарных частиц. Одна такая частица имеет энергию в сотни тысяч и миллионы электронвольт. Проходя через полупроводник она создает значительную концентрацию носителей заряда. Неосновные носители заряда легко проходят через pn переход диода, подключенного в обратном направлении, создавая ток, измеряя который можно оценить характеристики частицы.
Постоянное облучение влияет на характеристики диода, а потому диоды можно использовать не только для детектирования частиц, но и для измерения доз облучения. Для этой цели особенно удобны PIN-диоды, в которых p-и n-области разделены широкой участком изолятора (нелегированного полупроводника). Благодаря ширине такой области, радиационные повреждения детектировать легче.
Диоды используются, также, для измерения температуры, поскольку падение напряжения на диоде (при прямом включении) зависит от температуры.
Варикапа выполняют роль управляемой напряжением емкости.
Диоды с отрицательной вольт-амперной характеристикой является нелинейными элементами схем генераторов высокочастотных колебаний.
Иное использование диодов – в клавиатуре электронных музыкальных инструментов. Для уменьшения количества проводов эти инструменты часто используют платы клавиатурных матриц. Контроллер клавиатуры сканирует строки и столбцы, чтобы определить, какую клавишу нажал музыкант. Возникает проблема в том, что при одновременном нажатии на несколько клавиш, ток может течь в обратном направлении и вызвать фантомные ноты. Чтобы предотвратить это, клавитатурни матрицы имеют диод под каждой клавишей.
Диод – двухэлектродные электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключенный к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (т.е. имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключенный к отрицательному полюсу-катодом.Диоды бывают електроваакумними, газонаполненными (газотроны, стабилитроны), полупроводниковыми и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды. Ламповые диоды представляют собой радиолампу с двумя рабочими электродами, один из которых подогревается нитью накала. Благодаря этому, часть электронов покидает поверхность разогретого электрода (катода) и под действием электрического поля движется к другому электроду – аноду. Если же поле направлено в противоположную сторону, электрическое поле препятствует этим электронам и тока (практически) нет.Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диодный выпрямитель (есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для трехфазной полумостовой схемы или 12 для трехфазной полномостовой схемы, соединенных между собой по схеме) – основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодный трехфазный выпрямитель на трех параллельных полумосты применяется в автомобильных генетарторах, он превращает переменный трехфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с приложенными выпрямителем вместо генератора постоянного тока с щеточно – коллекторным узлом позволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надежность. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводит (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткого замыкания – пробою.В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединенных селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединенных кремниевых диодов. Диоды в сочетании с конденсаторами применяются для выделения низкочастотной модуляции с амплитудно-модулированного радиосигнала или других модулированных сигналов. Диодные детекторы применяются почти во всех радиоприемных устройствах:.. Диоды применяются также для защиты различных устройств от неправильной полярности включения и т. п. Известна схема диодной защиты схем постоянного тока с индуктивностями от скачков при выключении питания. Диод включается параллельно катушке так, что в «рабочем» состоянии диод закрыт. В таком случае, если резко выключить сборку, возникнет ток через диод и сила тока будет уменьшаться медленно (ЭДС индукции будет равна падению напряжения на диоде), и не возникнет мощного скачка напряжения, приводящего к искрят контактам и выгорает полупроводникам.Применяются для коммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.


Скрытые категории: МГЭ