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
Принцип работы полупроводникового диода. Как устроен диод. Для чего нужны диоды. Применение диодов: выпрямители, варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки, светодиоды. С какой силой тока и напряжением может работать диод....
01 09 2025 11:11:44
Понятие кабельного чулка. Преимущества кабельных чулок, облегчающих процесс протяжки и фиксации кабеля. Разновидности кабельных чулок. Кабельные чулки с петлями различной модификации....
31 08 2025 13:51:41
Принцип их действия и отличие друг от друга. Высоковольтные выключатели их типы и критерии выбора, а также советы опытного эксперта....
30 08 2025 22:17:51
Что такое гальваника. Гальванопластика в домашних условия. Необходимое оборудование для занятий гальванопластикой. Изготовление электролита и особенности цинкования металлов. Особенности гальванического серебрения. Прибор для гальваники в домашних условиях....
29 08 2025 22:31:48
Определения и условия сpaбатывания максимальной токовой защиты. Виды приборов токовых защит. Максимальная токовая защита: предварительная подготовка специального измерительного оборудования. Определяем токовую отсечку (ТО)....
28 08 2025 19:10:16
Как развивалось учение о магнитном поле. Хаpaктеристики магнитного поля. Природа возникновения магнитных полей. Как представить магнитное поле. Какие бывают магнитные поля. Получение энергии из магнитного поля Земли....
27 08 2025 13:45:40
Использование безучетной электроэнергии это незаконно, за такое использование энергии существует ответственность и последствия для потребителя....
26 08 2025 9:19:52
Определение катода и анода в электрохимии. Применение катодов и анодов в вакуумных приборах и полупроводниковых элементах. Катод и анод - это плюс или минус?...
25 08 2025 17:22:18
Какой вред от разбитой люминесцентной лампы и советы как правильно и лучше всего утилизировать осколки, и очистить помещение от ртути....
24 08 2025 21:13:43
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....
23 08 2025 19:34:36
Конструкция и принцип работы светодиодных ламп. Определение неисправности и разборка. Проверка светодиода. Ремонт светодиодной лампы: необходимые инструменты и материалы. О ремонте светодиодных люстр....
22 08 2025 13:22:50
Преимущества кабеля из сшитого полиэтилена. Особенности конструкции и варианты исполнения СПЭ кабелей. Кабель из сшитых полиэтиленов: устройство и обязательные элементы. Специфика применения и классы продукции....
21 08 2025 11:13:45
Выбор выключателей по токовым показателям и по сечению кабеля. Соответствие с ПУЭ и ГОСТ Р 50345–99. Временные хаpaктеристики автоматического выключателя. Типовой расчет автоматических выключателей....
20 08 2025 3:59:49
Назначение и применение электрического счетчика Нева МТ 324. Технические хаpaктеристики электросчетчика Нева-МТ324. Снятие показаний со счетчиков Нева-МТ-324. Техника безопасности при работе с электросчетчиком НеваМТ324....
19 08 2025 2:36:50
Что такое заземление. Правила заземления электроустановки. Групповые сети и их заземление. Требования ПУЭ к организации заземляющего контура. Заземление: ПУЭ об организации заземлений на производстве....
18 08 2025 10:58:31
RS, JK и PC триггеры: принципы работы. Классификация последовательных схем: синхронные, асинхронные и комбинированные. Представление работы триггеров в таблице истинности и временной диаграмме синхронизации....
17 08 2025 4:48:25
Коммерческий учет это финансовый расчет между предприятием поставляющим электрическую энергию или производящими ее и конечным потребителем....
16 08 2025 6:49:15
Механизм образования газа. Сырье для биогаза. Биогаз: технология получения, преимущества и недостатки. Конструкция биогазовой установки для частного или фермерского хозяйства....
15 08 2025 11:11:13
Требования к электрической проводке с точки зрения ПУЭ. Выбор проводов для квартиры. Разделение цепей электропроводки в многоквартирном доме. Защитная аппаратура. Порядок монтажа электропроводки в квартире: правила прокладки проводов....
14 08 2025 21:14:29
Гирлянда бахрома: использование на улице и внутри помещений. Преимущества и недостатки новогодней уличной светодиодной гирлянды бахрома со светомузыкой. Способы уличного монтажа для гирлянды бахрома....
13 08 2025 6:36:51
Виды электролитических конденсаторов: алюминиевые, танталовые, ниобиевые. Преимущества и недостатки конденсаторных установок использующих электролитические пусковые конденсаторы переменной емкости. Конструкция электролитического конденсатора переменной емкости....
12 08 2025 1:56:42
Особенность стабилизатора на транзисторах. Стабилизатор тока на одном транзисторе: схема. Реле тока на микросхемах импульсных стабилизаторов. Как сделать светодиодный стабилизатор-LM317....
11 08 2025 5:40:12
Физический принцип работы конденсатора. Емкость конденсаторов. Назначение и области применения. Виды конденсаторов по функциональному назначению и состоянию хаpaктеристики емкости. Конденсаторы: материал изготовления....
10 08 2025 7:29:57
Классификация клеммников, преимущества и недостатки устройств. Самозажимной пружинный клеммник - простота и надежность применения. Недостатки быстрозажимного клеммника. Как правильно выбрать клеммники....
09 08 2025 19:59:25
Розетка на 380 вольт служит для подключения мощных электроприборов. Мы расскажем все о классификации и монтаже данной розетки....
08 08 2025 3:41:41
Среди источников искусственного освещения чаще всего выбирают лампы дневного освещения люминесцентного и светодиодного типов....
07 08 2025 9:55:47
Хаpaктеристики и виды термоусадочных трубок. Материалы применяемые при изготовлении термоусадочных трубок. Области и технология применения термоусаживаемой трубки. Как правильно пользоваться термоусадкой для кабеля....
06 08 2025 4:21:48
Зачем проверять АКБ. Что проверить перед оценкой состояния аккумулятора. Что такое нагрузочная вилка: особенности применения. Порядок проверки аккумулятора с помощью нагрузочной вилки. Параметры (таблица) для оценки годности батареи....
05 08 2025 12:15:28
Требования и нормативы по основным мерам защиты от поражения электрическим током. Технические термины основных нормативных документов. Основные мероприятия по безопасности. Комплекс защитных мероприятий и индивидуальные средства защиты....
04 08 2025 19:47:57
Объемная плотность магнитной энергии. Наличии магнитного поля вокруг проводника или катушки с током. Измерение плотности энергии магнитных полей. Формула индуктивного сопротивления катушки....
03 08 2025 18:20:22
Пpeдoxpaнители в электрической цепи (плавкие вставки). Описание режимов работы. Рассмотрение их технических хаpaктеристик, достоинства и недостатки....
02 08 2025 12:54:33
Прокладка кабеля под землей начинается с изучения норм прокладки КЛ и выбора проводника, далее составляем план работ и можно начинать!...
01 08 2025 6:46:37
Требования для существования постоянного электрического тока. Электрический ток и его плотность: определение и формулы для вычисления величины. Виды электротока, условия протекания и единицы измерений рассмотренных величин. Вектор плотности тока....
31 07 2025 5:20:14
Организация комиссии по проверке знаний по электробезопасности. Типы и регулярность проверок. Главные требования и основные правила по созданию комиссий для проверки знаний по электробезопасности....
30 07 2025 17:41:56
Конструкция и принцип работы свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора. Что такое переполюсовка АКБ. Причины естественной переполюсовки. Чем опасна переполюсовка при прикуривании. Порядок действий при переполюсовке аккумулятора....
29 07 2025 16:42:38
Преимущества программирования различных схем электропроводки. Что может программа для проектирования электропроводки в доме: расчет схем электроснабжения, подсчет общих потерь напряжения, расчет объема кабельной продукции и другие полезные функции....
28 07 2025 20:21:14
Есть ли в поезде розетки: можно ли в вагоне подключить зарядное устройство? Предпочтительные места в купе вагоне и плацкарте. Недостатки расположения розеток. Электрификация салонов скоростных поездов....
27 07 2025 9:53:40
Преимущества современных схем частотных преобразователей. Особенности преобразователя на тиристорах (ТПЧ). Описание оборудования и особенности его конструкции. Преобразователь частоты: изготовление своими руками....
26 07 2025 17:44:40
Требования шуруповертов к источнику питания. Схемотехническое и конструктивное исполнение самодельных БП для шуруповертов. Изготовление блок питания для шуруповерта 12в своими руками: использование блока питания компьютера....
25 07 2025 15:16:27
Особенности работы Li-Ion аккумуляторной батареи. От чего зависит зарядка аккумулятора. Общие правила зарядки литий ионных аккумуляторов. Выделим основные принципы того, как правильно и без вреда для работы заряжать и использовать литий-ионные аккумуляторы....
24 07 2025 22:22:16
Способы подключения ламп через один, два выключателя, датчик движения или проходные выключатели, а также параллельное и последовательное подключение....
23 07 2025 13:33:35
Возможные неисправности счетчика электроэнергии. Кто должен менять электросчетчик и заниматься обслуживанием узла. Сломался счетчик электроэнергии: что делать. Сколько стоит проведение диагностики электрического счетчика в управляющей компании....
22 07 2025 10:21:59
Определение средств индивидуальной защиты. Меры по снижению влияния вредных факторов, снижения степени опасности и предотвращения несчастных случаев. Перечень и классификация СИЗ. Порядок приобретения и выдачи, ответственность за использование....
21 07 2025 11:57:38
Электротехнический плинтус предназначен для укладки электрических проводов, а также для осуществления подсветки в помещении и отопления выполняют важную роль....
20 07 2025 19:31:56
Основные хаpaктеристики автомата вводного. Однополюсники и двухполюсники: преимущества и недостатки. Об автомате вводном: устройство выключателя для квартиры, схемы установки и подключения....
19 07 2025 20:39:57
Электрическое сопротивление тела человека. Человек как проводник электрического тока. Значение полного сопротивления тел людей. Место приложения электротока и значение его показателей. Физиологические факторы и показатели окружающей среды....
18 07 2025 13:38:41
Термосопротивление: назначение изделий. Типы термообразователей и принцип их действия. Металлические или полупроводниковые термометра сопротивления. Формула зависимости сопротивления от температуры....
17 07 2025 18:49:39
Основные правила эксплуатации. Действия домовладельца при поломке электросчетчика. Дополнительные причины для замены, профилактические меры, рекомендации....
16 07 2025 20:21:13
Как получить удостоверение по безопасности: бланк с учетом систем классификации. Порядок оформления удостоверения по электробезопасности. Сколько страниц включает в себя бланк удостоверения по безопасности....
15 07 2025 1:44:33
Разновидности изолент: лента изоляционная ХБ или тряпочная, ПВХ рулонная изолента. Из чего изготавливают изоляционную ленту. Сферы применения изоленты. Термоусадочная лента. Варианты клеевых покрытий. Преимущества изолент....
14 07 2025 12:19:46
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::