Назначение и классификация полупроводниковых диодов: технические хаpaктеристики
Содержание
- 1 Устройство
- 2 Основные хаpaктеристики и параметры диодов
- 3 Классификация диодов
- 4 Маркировка диодов
- 5 Преимущества непосредственного включения в схему
- 6 Вольтамперные хаpaктеристики (идеальная и реальная)
- 7 Видео
Эксплуатация некоторого электрооборудования невозможна без контроля направления движения электрического тока. В электронике для достижения этой цели эффективно используют полупроводниковый диод. Применение двухполюсника позволяет преобразовывать переменный ток и постоянный в пульсирующий однонаправленный.
Внешний вид полупроводникового диода
Устройство
Полупроводниковый диод – это двухполюсный прибор, изготовленный из полупроводникового вещества, пропускающий ток в одном направлении и пpaктически не пропускающий в другом.
Главный элемент диода – кристаллическая составляющая с p-n переходом, к которой припаивают (приваривают) металлический анод и катод. Прохождение прямого тока осуществляется при подаче на анод положительного, относительно катода, потенциала.
Обратите внимание! В направлении прямого тока происходит движение дырок. Движение электронов осуществляется в противоположном направлении.
Устройство диодов может быть точечным, плоскостным, поликристаллическим.
Устройство точечного и плоскостного п/п прибораДополнительная информация. Принципиальных отличий между точечными и плоскостными двухполюсными приборами не существует.
Устройство точечного диода показано на рисунке (а).
При приваривании тонкой иглы, с нанесённой на неё примесью, к пластине из полупроводника, с обусловленным видом электропроводности, происходит образование полусферического мини p-n перехода, с другим типом проводимости. Это действие получило название – формовка диода.
Изготовление плоскостного двухполюсника осуществляется методом сплавления диффузии. На рисунке (б) представлены сплавной германиевый диод, принцип его устройства. В пластине германия n-типа, при вплавлении туда капли индия при 500 градусах, образуется слой германия р-типа. Выводные контакты, припаиваемые к основной пластине германия и индия, изготавливают из никеля.
При производстве полупроводниковых пластин применяются германий, кремний, арсенид галлия и карбид. В качестве основы точечного и плоскостного двухполюсников используют полупроводниковые монокристаллические пластины с правильным по всему объему строением.
В поликристаллических двухполюсниках p-n переход образуется полупроводниковыми слоями, в состав которых входит большое количество беспорядочно ориентированных малых кристаллов, не представляющих единой монокристаллической формы. Это селеновые, титановые и медно-закисные двухполюсники.
Основные хаpaктеристики и параметры диодов
ВАХ диодаЧтобы прибор правильно работал, выбирать его нужно в соответствии с:
- Вольтамперной хаpaктеристикой;
- Максимально допустимым постоянным обратным напряжением;
- Максимально допустимым импульсным обратным напряжением;
- Максимально допустимым постоянным прямым током;
- Максимально допустимым импульсным прямым током;
- Номинальным постоянным прямым током;
- Прямым постоянным напряжением при номинальном токе;
- Постоянным обратным током, указываемым при максимально допустимом обратном напряжении;
- Диапазоном рабочих частот;
- Ёмкостью;
- Пробивным напряжением (для защитных диодов и стабилитронов);
- Тепловым сопротивлением корпуса при различных вариантах монтажа;
- Максимально допустимой мощностью рассеивания.
Классификация диодов
Цветовая маркировка диодовПромышленность выпускает большое разнообразие полупроводниковых вентилей, которые могут применяться во многих отраслях хозяйствования.
Классифицировать эти устройства можно по общим признакам:
- По материалу полупроводника, из которого они изготавливаются (кремний, германий, арсенид галлия);
- По физическим процессам, совершающим работу (в туннельных, в фотодиодах, в светодиодах);
- По предназначению (стабилитрон, выпрямительный, импульсный, варикап и др.);
- По технике изготовления электрического перехода (сплавной, диффузный и др.);
- По виду (типу) электрического перехода (точечный, плоскостной).
Дополнительная информация. В основном используются классификации по типу электрического перехода и по назначению диода.
Типы диодов по назначению
По функциональному назначению различают диоды:
- Выпрямительный (для преобразования переменного тока в постоянный);
- Импульсный (применяют в импульсных режимах);
- Шотки (для преобразования и обработки сверхвысокочастотных сигналов при частоте более 300 МГц);
- Детекторный СВЧ (для детектирования сверхвысокочастотных сигналов);
- Переключающий СВЧ (для управления в устройствах уровнем СВЧ мощности);
- Стабилитрон (для стабилизации напряжения);
- TVS (для подавления импульсных электрических перенапряжений, превышающих напряжение лавинного пробоя прибора);
- Стабистор (для стабилизации напряжения);
- Стабилитрон с напряжением, равняющимся ширине запрещенной зоны;
- Лавинно-пролетный (ЛПД) (для генерации сверхвысокочастотных колебаний);
- Туннельный (для генерирования колебаний);
- Обращенный (проводимость которого при обратном напряжении больше, чем при прямом);
- Варикап (применяют как элемент с управляемой электричеством ёмкостью);
- Фотодиод (для нагнетания под воздействием света заряженных неосновных носителей в базу);
- Светодиод (для излучения основных носителей заряда под воздействием электрического тока).
Типы диодов по частотному диапазону
Классификация диодов осуществляется по рабочей частоте. Двухполюсники могут быть:
- Низкочастотными, с частотой меньше 1000 Гц;
- Высокочастотными, с частотой больше 1000 Гц;
- Импульсными, используемыми в цепи, где требуется высокая скорость сpaбатывания.
Диоды с выпрямляющим переходом металл-полупроводник отличаются меньшим, чем у двухполюсников с p-n переходом, напряжением пробоя и более высокими частотными хаpaктеристиками (Шоттки). Маломощные высокочастотные и импульсные диоды (вентили) работают на высоких частотах или в быстродействующей импульсной схеме.
Типы диодов по размеру перехода
По размеру перехода диоды делятся на:
- плоскостные,
- точечные.
В точечных приборах применяются пластины германия или кремния с электропроводностью n-типа, толщиной 0,1 …0,6 мм и площадью 0,5 … 1,5 кв. мм. В плоскостных устройствах образование р-n перехода происходит между двумя полупроводниками с различными типами электропроводности.
Обратите внимание! Площадь перехода у разных двухполюсников находится в пределах от сотых долей квадратного миллиметра до десятков квадратных сантиметров (в силовых диодах).
Типы диодов по конструкции
По конструкции корпуса п/п диоды могут быть в штыревом, таблеточном, с корпусом под запрессовку, модульном исполнении. Штыревой корпус состоит из мощной основы со штырем и герметично закрывающейся крышки. В образовавшуюся непроницаемую полость помещают структуру полупроводника.
Обратите внимание! Различают двухполюсники прямой полярности, когда анод находится на основании, и обратной полярности, когда катод – на основании.
Штыревая конструкция с гибким (а) и с жестким выводом (б)Корпусы фланцевой конструкции отличаются от штыревой конструкции отсутствием штыря и внешней формой основания в виде фланца. Особенности штыревой и фланцевой конструкций диодов способствуют процессу одностороннего охлаждения их структуры. Применяют эти двухполюсники для токов 320-500 А.
Таблеточный корпус приспособлен для присоединения отводов тепла и проводников тока к основанию посредством прижимного устройства. Такая конструкция позволяет осуществлять односторонний и двухсторонний тепловой отвод от структуры прибора. Используется на токах 250 А и выше.
Конструкция корпуса под запрессовку с гибким (а) и жестким (б) выводамиКорпус диода под запрессовку состоит из пустотелого цилиндра с рифлёной поверхностью и дна – основания, на котором расположена структура полупроводника. Закрытие второго торца цилиндра осуществляется проходным изолятором с гибким или жестким выводом.
Двухполюсники в корпусах под запрессовку производятся в прямой полярности, когда анод находится на основании, и в обратной полярности, когда катод находится на основании. Корпус под запрессовку предусматривает одностороннее охлаждение полупроводника, используется на ток до 25 А.
Модульные конструкции полупроводниковых двухполюсников состоят из основания с изолирующей теплопроводной прокладкой, на которой расположена одна или несколько п/п структур, и защитного корпуса с электрическими выводами. Основание устройства, обеспечивающее отвод тепла, выпускается электрически изолированным от выводов полупроводниковых структур, включенных в состав модуля. Модульные конструкции изготавливают в разных комбинациях полупроводников на токи до 160 А.
Другие типы
Селеновые выпрямители, уступающие устройствам из кремния и германия по многим показателям, обладают уникальными возможностями самовосстановления при пробое. В месте выгорания селена не происходит короткого замыкания.
Дополнительная информация. Радиационная стойкость селеновых вентилей намного выше, чем у других выпрямителей.
Медно-закисные выпрямители хаpaктеризуются низким обратным напряжением, низкой рабочей температурой, малым отношением прямого и обратного сопротивления.
Обратите внимание! В настоящее время эти вентили больше не применяются, так как на рынке появились более совершенные выпрямительные полупроводниковые приборы.
Маркировка диодов
Диод 1n5819: хаpaктеристикиСистема обозначений полупроводниковых диодов включает в себя код, состоящий из букв и цифр.
Первая составляющая маркировки может быть представлена в виде цифры для приборов специального назначения или в виде буквы для приборов широкого применения.
Если в обозначении материала используется:
- Г или 1, то это германий и соединения германия;
- К или 2, это кремний и соединения кремния;
- А или 3 – арсенид галлия;
- И или 4 – фосфид индия.
Для обозначения второй цифры в маркировке используют:
- Д – в выпрямительных, импульсных;
- Ц – в выпрямительных столбах и мостах;
- В – в обозначениях варикапов;
- И – в туннельных;
- А – в СВЧ;
- С – в стабилитронах и стабисторах;
- Г– в генераторах шума;
- Л – в излучающих светодиодах.
Третий элемент хаpaктеризует основные признаки устройства, зависит от его подкласса. Например, 2Д204В – это диод кремниевый выпрямительный с постоянной и средней токовой величиной 0,3-10 А, номером разработки 04, группой В.
Преимущества непосредственного включения в схему
Включение полупроводниковых приборов непосредственно в схему даёт гарантированные плюсы:
- Высококачественную обработку сигналов;
- Полную взаимозаменяемость устройств;
- Миниатюрность и долговечность использования;
- Удобство при монтаже и замене;
- Доступность приобретения и дешевизну цен.
Дополнительная информация. Можно подобрать не только отечественный, но и зарубежный аналог полупроводникового прибора.
Вольтамперные хаpaктеристики (идеальная и реальная)
ВА хаpaктеристика приводится в виде взаимосвязи тока внешней цепи p-n перехода прибора и полярности напряжения на его электродах. Это соотношение можно получить экспериментально или рассчитать на основании уравнения вольтамперной хаpaктеристики.
Идеальная хаpaктеристика
Основной задачей выпрямительного диода является проведение электрического тока в одном направлении и непропускание его в обратном. Поэтому при прямой подаче напряжения (плюс подаётся на анод, а минус – на катод) идеальный прибор должен быть отличным проводником, с сопротивлением, равным нулю. При противоположном подключении, наоборот, должен иметь огромное сопротивление, став полным изолятором.
ВАХ идеального прибораДополнительная информация. На пpaктике идеальная модель применяется в цифровой электронике, потому что в этой сфере имеет значение только логическая функция устройства.
Реальная ВАХ
Реальный диод, благодаря структуре полупроводника, имеет множество минусов, в сравнении с идеальным двухполюсником.
ВАХ реального прибораПараметры промышленных п/п элементов значительно разнятся с теми, которые для удобства принимаются за идеальные. В реальности, нелинейная ВАХ показывает большие отклонения и по значениям тока, и по крутизне преобразования. Поэтому прибор может выдержать лишь нагрузки, представленные этими предельными показателями:
- Максимальным прямым выпрямленным током;
- Током обратной утечки;
- Максимальным прямым и обратным напряжением;
- Падением потенциала на p-n переходе;
- Предельной рабочей частотой обpaбатываемого сигнала.
Вольтамперная хаpaктеристика для диодных элементов – важный параметр, по которому можно определить, как будет работать прибор в электрической схеме.
Важно! Прежде, чем использовать двухполюсник по назначению, нужно изучить ВАХ этого устройства.
Видео
Организация комиссии по проверке знаний по электробезопасности. Типы и регулярность проверок. Главные требования и основные правила по созданию комиссий для проверки знаний по электробезопасности....
05 05 2024 11:52:22
Слово электроэнергия не часто встречается в повседневной жизни, но без нее уже не мыслим современный мир. Давайте разберемся что же это такое!...
04 05 2024 15:39:20
В какой день празднуют профессиональный праздник электроэнергетики России? Кого поздравляют с праздником энергетика. История дня электрика и традиции празднования. Когда впервые отметили день электроэнергетика в России?...
03 05 2024 10:32:16
Конвертация ватт в амперы посредством формулы мощности из школьного курса физики. Перевод ампер в ватты: таблица перевода. Нюансы перевода единиц Вт в А и решаемые задачи (подбор автоматического выключателя, расчет сечения проводки и т.п.)...
02 05 2024 0:13:45
Формула для определения мощности. Измеряем мощность приборами: мультиметр, бытовой ваттметр, прочие электроприборы. Потрeбляемая электроэнергия и способы экономии. Как измерить потрeбляемую мощность электроприбора мультиметром....
01 05 2024 10:10:16
Определение и классификация тензометров: различие в тензометрах в зависимости от принципа действия. Тензометр: механическое оборудование и электрические приборы. Струнные и оптические тензометры....
30 04 2024 3:45:36
Принцип работы антенны для телефона. Есть разница между антеннами для телефонов и смартфонов. Изготовление антенн для телефонов и смартфонов: усиление сигнала сотовой связи своими руками в домашних условиях....
29 04 2024 19:44:16
Мы представляем вам схему проводки и расскажем как выбрать питающий кабель, и произвести монтаж электропроводки и аппаратов защиты в гараже....
28 04 2024 7:37:17
Бестеневая лампа и светильник - надежные и пpaктичные осветительные приборы, которые нашли применение во многих отраслях промышленности и в медицине....
27 04 2024 20:58:22
Какие требования должны быть учтены при оформлении и организации освещения подъездов, подвалов и придомовых территорий многоквартирных зданий....
26 04 2024 2:49:22
Грамотное освещение гардеробной делают ее многофункциональной, способствует правильному хранению вещей в определенном порядке и быстрому их отысканию....
25 04 2024 22:41:39
Профессиональный электроинструмент: классификация приборов. Аккумуляторный или сетевой. Требования к профессиональному электроинструменту. Преимущества профессиональных инструментов и электроинструментов....
24 04 2024 11:50:32
Понятие трaнcформаторов тока: для чего нужны и из чего состоят. Схемы подключения измерительных трaнcформаторов тока. Чем трaнcформатор тока отличается от трaнcформатора напряжения. Классификация измерительных трaнcформаторов....
23 04 2024 1:28:38
Какие элементы питания лучше для шуруповертов: литиевые или никеливые. Сроки службы АКБ шуруповертов. Сравнительные рейтинги аккумуляторов. Возможна ли переделка шуруповерта под другой тип аккумулятора....
22 04 2024 2:49:15
Устройство ТВ кабеля. Выбор телевизионного кабеля по параметрам волнового сопротивления, толщине и материалу оплетки. Как соединить телевизионный кабель через переходник или штекером и гнездом. Соединение пайкой....
21 04 2024 12:44:34
Диод Шоттки - полупроводниковый, применяющий в принципе своей работы барьерный эффект. Принцип работы диода Шоттки. Сдвоенный диод с барьером. Диоды Шоттки в источниках питания. Проверка диодов Шоттки....
20 04 2024 15:14:23
Общие правила и требования для промышленного монтажа электропроводки в производственном помещении. Инструкция, рекомендации и советы, а также фото....
19 04 2024 10:35:36
Светодиод, их использование в быту и проверка качества, а также несколько вариантов проверки работоспособности и полярности....
18 04 2024 23:49:50
Полная инструкция по проектированию и расчету электропроводки в частном доме, а также выбор проводника и защитной аппаратуры. Прокладка кабеля и заземление....
17 04 2024 9:18:56
Обозначение конденсаторов на схеме. Технологическое подразделение конденсаторов на типы: электростатические, электролитические, двуслойные изделия. Конденсаторы с постоянной емкостью. Код номера конденсатора....
16 04 2024 7:40:11
Колебательный контур: определение. Формулы расчета резонансной частоты колебательного контура. Подключение к цепи индуктивной катушки. Определение резонанса как явления....
15 04 2024 11:32:37
Определение электролиза. Общая информация об электролизере. Принцип работы и виды электролизеров. Инструкция для самостоятельного изготовление электролизера и необходимые материалы. Электролизер в домашних условиях: техника безопасности....
14 04 2024 9:38:22
Определение положительно и отрицательно заряженного электрода. Применение катода и анода в теории и пpaктике. Применение в электрохимии. Использование катодов и анодов в вакуумных электронных приборах. Маркировки....
13 04 2024 23:41:47
При расчете освещения учитываются особенности помещения, условия труда и другие параметры. Вычислениями определяется необходимое количество светильников....
12 04 2024 15:23:25
Схема и принцип работы зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов. Требования к самодельному устройству зарядки АКБ. Диодный мост для зарядного устройства своими руками. Как узнать состояние батареи....
11 04 2024 12:51:47
Конденсаторы из тантала и правила маркировки элементов. Виды буквенно-цифровой маркировок конденсаторов. Маркировка для танталовых SMD конденсаторов. Коды напряжения для SMD-тантала....
10 04 2024 14:53:44
Физический принцип работы конденсатора. Емкость конденсаторов. Назначение и области применения. Виды конденсаторов по функциональному назначению и состоянию хаpaктеристики емкости. Конденсаторы: материал изготовления....
09 04 2024 18:14:22
Принцип работы и конструктивные особенности контактора. Способы подключения его к сети и к нагрузке. Защита цепей электромагнитного контактора....
08 04 2024 9:39:17
Определение и нормы коэффициентов пульсации светового потока. Причины и источники мерцаний. Измерение коэффициентов пульсаций световых потоков. Стробоскопический эффект: положительные стороны и негативные последствия. Способы борьбы с мерцаниями....
07 04 2024 13:54:14
Что такое дин-рейка. Клеммы (клемники) и клеммные колодки для DIN реек. Какими бывают клеммные зажимы: проходной с зажимом пружиной, клеммы с размыкающим приспособлением и пр....
06 04 2024 11:26:10
Как изготовить антенну Харченко для приема дтв, дцв, дмв сигналов. Чертежи антенны Харченко. Необходимый для изготовления в домашних условиях инструмент и расходные материалы. Подключение к усилителю и телевизору....
05 04 2024 4:35:13
Основные хаpaктеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....
04 04 2024 20:51:56
Маркировка установочных проводов и кабелей согласно ГОСТу. Конструкция КГН: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические хаpaктеристики КГН-кабеля. Конструкция и существующие размеры сечений....
03 04 2024 9:10:58
Определение индуктивного сопротивления. Что такое индуктивное сопротивление катушки индуктивности. Формулы для расчетов. Применение формул для получения верных расчетов во многих отраслях промышленности, электротехнике и энергетике....
02 04 2024 6:18:28
Светодиодные светильники потолочного типа встраиваемые, накладные и подвесные нашли применение для освещения площадей офисных помещений....
01 04 2024 13:21:11
Принцип действия дифференциальной защиты оборудования. Продольная и поперечная дифзащита генераторов. Защита шин от короткого замыкания....
31 03 2024 6:39:58
Определение магнитной (диамагнитной) левитации. Магнитная левитация: эксперименты в домашних условиях. Как сделать левитирующий магнит своими руками. Применение магнитов в подшипниках. Как используют магнитную левитацию в ветрогенераторах....
30 03 2024 3:22:57
Электронный запуск люминесцентных ламп с помощью ЭПРА, его принцип работы, подключение, распространённые неисправности, и советы по выбору балластника....
29 03 2024 12:51:46
Необходимые параметры для проверки АКБ мультиметром. Измерение напряжения и емкости аккумуляторной батареи. Последовательность действий для определения внутреннего сопротивления аккумулятора. Проверка тока утечки с помощью мультиметра....
28 03 2024 13:44:24
Расшифровка и технические характеристики кабеля К Г. Размерные и температурные показатели провода К Г. Область применения и способы прокладки кабелей К Г. Описание электрических параметров проводов К Г....
27 03 2024 7:21:23
Принцип действия сенсорных выключателей, их применение и типы. Схемы на полупроводниковых приборах. Преимущество эксплуатации таких выключателей....
26 03 2024 20:30:11
Все о счетчики электроэнергии Нева: предназначенные для установки в сетях переменного тока. Применение – энергетическое, промышленное и быт....
25 03 2024 8:20:56
Светильники с датчиками движения – вид современного освещения, позволяющий значительно экономить расход электроэнергии и придать уникальность любому объекту...
24 03 2024 21:23:14
Маркировка контрольных проводов и кабелей согласно ГОСТу. Конструкция КВВГНГ LS: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические хаpaктеристики КВВГНГ-провода. Конструктивные хаpaктеристики проводов КВ-ВГНГ (таблица)....
23 03 2024 5:56:57
Особенность стабилизатора на транзисторах. Стабилизатор тока на одном транзисторе: схема. Реле тока на микросхемах импульсных стабилизаторов. Как сделать светодиодный стабилизатор-LM317....
22 03 2024 0:39:30
Понятие о постоянном и переменном токе. Сравнительные хаpaктеристики постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток: различия при трaнcпортировке. Достоинства и недостатки переменных и постоянных электротоков....
21 03 2024 15:21:33
Свойства точечной сварки. Особенности переделки споттера из сварочного аппарата своими руками. Типы сердечников. Выбор параметров вторичной обмотки, схемы и размещение обмоток. Схема управления....
20 03 2024 21:41:48
Виды и принцип действия индикаторных отверток. Конструкция обычного пробника напряжений. Стоимость различных индикаторных отверток в зависимости от вида прибора. Индикаторная отвертка и определение двух фаз....
19 03 2024 20:48:35
Электротехника для начинающих: понятие электричества и что изучает электротехника. Основные понятия электротехники: сила тока, напряжение, сопротивление. Основы электромеханики. Безопасность и пpaктика. Советы начинающим....
18 03 2024 9:53:22
Группы допуска по электробезопасности. Требования к специалисту с 4 группой по электробезопасности. Минимальный стаж работы в 3 группе допуска, который должен иметь аттестующийся для получения данной категории....
17 03 2024 12:54:45
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::