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
Параметры емкостного сопротивления в различных схемах. Определение емкостных сопротивлений в цепях электрического тока по формуле. Векторное представление ёмкости. Ёмкостное сопротивление: единицы измерения и пример расчетов....
03 07 2025 1:58:15
Новые розетки с дополнительными функциями все больше приходят в наш дом для повышения удобства жизни, такие розетки уже не роскошь, а необходимость!...
02 07 2025 23:45:15
Система дистанционного управления для потолочных светильников. Принцип дистанционного управления: радиус действия, защита от помех и посторонних сигналов. Места установки контроллеров ДУ....
01 07 2025 21:27:26
Что такое аккумуляторное напряжение: чем и чём измеряется. Норма заряда аккумуляторной батареи. Что делать, если аккумулятор разряжается? Обслуживание аккумулятора в домашних условиях. Таблица рабочих напряжений аккумуляторов: расчет нормального заряда АКБ....
30 06 2025 12:42:48
Зарядное устройство аккумуляторов шуруповерта. Разновидности устройств для зарядки батарей. Дополнительные функции устройств для зарядки. Ремонт и модернизация зарядных приборов своими руками. Форм фактор, совместимость....
29 06 2025 18:48:19
Многотарифный счетчик поможет легко экономить на электроэнергии. А его монтаж, установка и выбор это очень простая задача!...
28 06 2025 14:37:45
Возможные способы прокладки при замене проводки в панельном доме своими руками: от простейших вариантов, до прокладки кабель-каналов. Подготовительные работы. Штробление, изъятие и монтаж....
27 06 2025 3:20:55
Межотраслевые правила охраны труда от 2001 года (ПОТ РМ 016 2001). Общие положения. Организационные и технические мероприятия. Отдельные виды работ. Испытательные и измерительные процедуры....
26 06 2025 13:48:45
Формула и расчет КПД электрической цепи. Для чего нужен расчет коэффициента полезного действия. Определение мощности. Нахождение тока и определение значений для каждого элемента в электрической цепи....
25 06 2025 22:11:21
Электробезопасность, как система мероприятий, правил и средств, призванная обеспечивать безопасность людей на производстве и в быту. Об охране труда на производстве: электробезопасность как основа отсутствия травматизма....
24 06 2025 20:47:39
Что такое напряжение прикосновения и методы его измерения. Приборы предназначенные для измерения тока напряжения. Меры электробезопасности. Электротравмы: местные и общие (общее поражение электрическим током)....
23 06 2025 2:32:58
Диммер с пультом ду служит для дистанционного управления освещением и является популярным решением при освещении многих объектов, позволяющим создать уют....
22 06 2025 22:56:50
Диагностика повреждений и методика проверки стабилизатора. Ремонт электромеханических и релейных стабилизаторов напряжения. Ремонт платы управления стабилизатора своими руками. Степень сложности ремонта различных видов стабилизаторов....
21 06 2025 17:41:44
Определение мощности стабилизатора. Методики расчёта мощности СН по техническим хаpaктеристикам и таблицам максимальных нагрузок. Онлайн калькуляторы для расчета мощностей стабилизаторов. Мощный стабилизатор напряжения: виды устройств....
20 06 2025 10:54:52
Определение и формула магнитного потока. Постоянные и электромагниты: разница магнитных потоков. Электромагнитная индукция, возникновение электродвижущей силы и правило правой руки. Формула скорости измерения магнитного потока....
19 06 2025 13:17:11
Какова процеДypa пломбирования счетчика, кто отвечает за это и все необходимые для опломбирования документы вы найдете в этой статье!...
18 06 2025 23:34:59
Подключение и установка наружной розетки дело важное, она должна соответствовать параметрам необходимым для безопасного использования....
17 06 2025 1:52:54
Общедомовой счетчик электроэнергии, закон и распределение. Приборы могут быть одно-, двухтарифные и многотарифные - можно снизить затраты на освещение....
16 06 2025 2:48:11
Принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя. Соединение катушек при подключении трехфазных двигателей к сети 220В. Подключение фазосдвигающих конденсаторов. Как переделать схему вращения в реверсивную....
15 06 2025 22:32:24
Полная инструкция по проектированию и расчету электропроводки в частном доме, а также выбор проводника и защитной аппаратуры. Прокладка кабеля и заземление....
14 06 2025 1:40:17
Разновидность кабель каналов: цепеобразный, трубчатый (гофрированный), секционный. Различие гибких каналов для кабеля по способу укладки и типу. Сфера применения, требования пожарной и электробезопасности к гибкому каналу для кабелей....
13 06 2025 10:11:51
Справка о реактивной мощности: в каких единицах измеряется. Реактивная нагрузка: емкостная и индуктивная. Что такое треугольник мощностей. Потери тока из-за действия реактивных мощностей. Коэффициент мощности. Формула полных мощностей....
12 06 2025 7:16:28
Сравнение двух источников света: люминесцентные лампы и светильники и светодиодные источники света. Их подключение, демонтаж и монтаж....
11 06 2025 11:34:34
Лампы освещения накального, газоразрядного и светодиодного типов применяются для разных целей. Их используют в быту, на производстве и др. объектах....
10 06 2025 10:48:28
Границы зон деятельности, получение статуса гарантирующего поставщика, а также заключение договора с физическими и юридическими лицами....
09 06 2025 17:14:55
Основные хаpaктеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....
08 06 2025 2:42:42
Как сделать монтаж уличного освещения? Первым делом необходимо разработать проект уличного освещения. Затем выбираем источник света и требуемые опоры....
07 06 2025 4:40:31
Для чего нужна АКБ: функции автоаккумулятора. Проверка автоэлектрики и советы по эксплуатации автомобильных аккумуляторов. Как выбрать автоаккумулятор: пpaктические советы. Свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы: преимущества и недостатки....
06 06 2025 13:32:22
Что такое обжимные клещи и для опрессовки каких проводов их можно применять. Разновидности пресс клещей для обжима наконечников и гильз. Как правильно пользоваться инструментом для обжимки проводов....
05 06 2025 20:20:33
Формирование аттестационных комиссий при образовательных центрах и на предприятиях с энергоустановками. Состав аттестационной комиссии по проверке знаний по электробезопасности на предприятии....
04 06 2025 12:47:51
Что такое активная антенна и в чем ее отличия от пассивной: преимущества и недостатки. Виды активных антенн для автомагнитол: критерии выбора. Схема подключения активной телевизионной антенны на автомобиль....
03 06 2025 12:40:53
Основное предназначение согласующего трaнcформатора. Строение. Как работают согласующие трaнcформаторы. Технические хаpaктеристики....
02 06 2025 9:43:44
Как работает электромагнит? Изготовление электромагнита 12в. в домашних условиях. Преимущества использования электромагнитов переменного тока. Расчеты изготовления магнитов для переменного и постоянного токов. Находим применения электромагниту в телевизорах, трaнcформаторах и пусковых устройствах автомобиля....
01 06 2025 15:48:27
Физический принцип работы конденсатора. Емкость конденсаторов. Назначение и области применения. Виды конденсаторов по функциональному назначению и состоянию хаpaктеристики емкости. Конденсаторы: материал изготовления....
31 05 2025 4:18:59
Щит учета электричества важная деталь в электромонтаже счетчиков и другой аппаратуры! Подключение металлических, пластиковых и уличных щитов это просто....
30 05 2025 22:32:38
Основные определения и правила прокладки электропроводки. Прокладка проводов выполняется после составления исполнительной схемы, учитывая некоторые нюансы....
29 05 2025 9:20:25
Сетевой шуруповерт: рейтинг производителей. Какие сетевые электрические шуруповерты лучше: параметры для выбора. Питание от сети или аккумулятора: преимущества и недостатки. Основные хаpaктеристики сетевых электрических шуруповертов....
28 05 2025 18:10:28
Определение удельного и электрического сопротивлений. Об удельной проводимости и удельном сопротивлении. Удельное сопротивление в физике и электротехнике. Классификация материалов. Определение удельной проводимости: формула через площадь поперечного сечения....
27 05 2025 4:56:19
Пpeдoxpaнители в электрической цепи (плавкие вставки). Описание режимов работы. Рассмотрение их технических хаpaктеристик, достоинства и недостатки....
26 05 2025 21:32:43
Нормы подсчета неучтенного электричества, алгоритм оформления документов. Виды наказаний, иные последствия за незаконное подключение электрооборудования....
25 05 2025 9:34:46
Подключение реверсивного магнитного пускателя. Польза от подключения теплового реле к маг-нитному пускателю. Подключение пускателя по схеме....
24 05 2025 5:38:10
Назначение мини электродрели и область применения прибора. Варианты патронов для маленькой дрели. Изготовление минидрели своими руками в домашних условиях. Основные части устройства. Элементы питания для маленьких электродрелей....
23 05 2025 2:47:20
Принцип действия стабилизатора. Виды стабилизаторов: электронные, электромеханические и феррорезонансные стабилизаторы. Применение и эксплуатационные хаpaктеристики. Что такое байпас (Bypass) в стабилизаторе. Схема байпаса....
22 05 2025 5:49:10
Маркировка установочных проводов и кабелей согласно ГОСТу. Конструкция ВБбШв: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические хаpaктеристики ВБбШв-провода. Конструктивные хаpaктеристики проводов ВБб-Шв (таблица)....
21 05 2025 5:58:41
При выборе источника света для прожектора необходимо ориентироваться на способность длительно эксплуатироваться без проведения ремонтных работ....
20 05 2025 13:55:48
Как устроен магнитный реверсивный пускатель. Подключение обычного магнитного пускателя. Особенности подключений магнитных реверсивных пускателей. Контроль подключения силовых контактов к магнитному реверсивному пускателю: схема с кнопками....
19 05 2025 9:30:13
Бестеневая лампа и светильник - надежные и пpaктичные осветительные приборы, которые нашли применение во многих отраслях промышленности и в медицине....
18 05 2025 3:22:38
Освещение в спальне устанавливается в виде потолочных, настенных и настольных светильников, выбор которых зависит от нескольких факторов....
17 05 2025 22:42:41
Освещение прихожих и коридоров нужно делать с учетом особенностей их размеров, а также установленной мебели и аксессуаров....
16 05 2025 22:54:55
Особенности выбора автомобильной аккумуляторной батареи. Выбор АКБ по параметрам двигателя автомобиля. Параметры разрядки, габариты, дата выпуска аккумулятора. Производители аккумуляторных батарей. Рейтинг лучших автомобильных аккумуляторов....
15 05 2025 12:31:42
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::