Šta je dioda?

Dioda je elektronska komponenta sa dva terminala, ograničava protok struja u jednom smjeru i omogućava joj da slobodno teče u suprotnom smjeru. Ima mnogo namjena u elektronskim kolima i može se koristiti za izradu ispravljača, pretvarača i generatora.

U ovom članku ćemo uzeti pogled šta je dioda i kako radi. Također ćemo pogledati neke od njegovih uobičajenih upotreba u elektronskim kolima. Pa počnimo!

Kako radi dioda?

Dioda je elektronski uređaj koji dozvoljava struja mora teći u jednom smjeru. Obično se nalaze u električnim krugovima. Oni rade na bazi poluvodičkog materijala od kojeg su napravljeni, a koji može biti ili N ili P-tip. Ako je dioda N-tipa, ona će propuštati struju samo kada se napon primjenjuje u istom smjeru kao i strelica diode, dok će diode P-tipa propuštati struju samo kada se napon primjenjuje u suprotnom smjeru od njene strelice.

Poluprovodnički materijal omogućava struji da teče, stvarajućizona iscrpljivanja', ovo je oblast u kojoj su elektroni zabranjeni. Nakon primjene napona, zona iscrpljivanja doseže oba kraja diode i omogućava struji da teče kroz nju. Ovaj proces se zove "predrasuda".

Ako se napon primjenjuje na obratno poluprovodnički materijal, obrnuto pristrasnost. Ovo će uzrokovati da se zona iscrpljivanja proteže samo sa jednog kraja terminala i zaustavi protok struje. To je zato što ako se napon primjenjuje duž iste rute kao i strelica na poluvodiču P-tipa, poluvodič P-tipa bi djelovao kao N-tip jer bi omogućio elektronima da se kreću u suprotnom smjeru od njegove strelice.

Protok struje diode

Za šta se koriste diode?

Diode se koriste za pretvoriti jednosmjerne struje u naizmjeničnu struju, dok blokiraju obrnuto provođenje električnih naboja. Ova glavna komponenta se također može naći u dimmerima, električnim motorima i solarnim panelima.

Diode se koriste u računarima za odbrana kompjuterske elektronske komponente od oštećenja usled prenapona. Oni smanjuju ili blokiraju napon veći od onog koji je potreban za mašinu. Takođe smanjuje potrošnju energije računara, štedi energiju i smanjuje toplotu koja se stvara unutar uređaja. Diode se koriste u vrhunskim uređajima kao što su pećnice, mašine za pranje sudova, mikrotalasne pećnice i mašine za pranje veša. Koriste se u ovim uređajima za zaštitu od oštećenje zbog napona uzrokovanih nestankom struje.

Primjena dioda

• korekcija
• Kao prekidač
• Izolacijski krug izvora
• Kao referentni napon
• Frekventni mikser
• Zaštita od povratne struje
• Zaštita od obrnutog polariteta
• Zaštita od prenapona
• AM envelope detektor ili demodulator (diodni detektor)
• Kao izvor svetlosti
• U krugu pozitivnog temperaturnog senzora
• U krugu svjetlosnog senzora
• Solarna baterija ili fotonaponska baterija
• Kao mašinica za šišanje
• Kao držač

Istorija diode

Reč "dioda" potiče od Греческий riječ "diodous" ili "diodos". Svrha diode je omogućiti struji da teče samo u jednom smjeru. Dioda se može nazvati i elektronskim ventilom.

Pronađen Henry Joseph Round kroz svoje eksperimente sa elektricitetom 1884. Ovi eksperimenti su izvedeni pomoću vakuumske staklene cijevi, unutar koje su bile metalne elektrode na oba kraja. Katoda ima ploču s pozitivnim nabojem, a anoda ima ploču s negativnim nabojem. Kada struja prođe kroz cijev, ona bi zasvijetlila, pokazujući da energija teče kroz kolo.

Ko je izmislio diodu

Iako je prvu poluvodičku diodu 1906. godine izumio John A. Fleming, za nju se pripisuje William Henry Price i Arthur Schuster za neovisno izmišljanje uređaja 1907. godine.

William Henry Preece i Arthur Schuster

Tipovi dioda

• Mala signalna dioda
• Velika signalna dioda
• zener dioda
• dioda koja emituje svjetlost (LED)
• DC diode
• Schottky dioda
• Shockley Diode
• Step recovery diode
• tunel dioda
• Varactor dioda
• laserska dioda
• Dioda za suzbijanje tranzijenta
• Diode dopirane zlatom
• Super barijere diode
• Peltier dioda
• kristalna dioda
• Avalanche Diode
• Silicijumski kontrolisani ispravljač
• Vakumske diode
• PIN dioda
• tačka kontakta
• Gunn dioda

Mala signalna dioda

Mala signalna dioda je poluvodički uređaj sa sposobnošću brzog prebacivanja i malim padom napona provodljivosti. Pruža visok stepen zaštite od oštećenja usled elektrostatičkog pražnjenja.

Velika signalna dioda

Velika signalna dioda je vrsta diode koja prenosi signale na višem nivou snage od male signalne diode. Velika signalna dioda se obično koristi za pretvaranje AC u DC. Velika signalna dioda će prenositi signal bez gubitka snage i jeftinija je od elektrolitskog kondenzatora.

Kondenzator za razdvajanje se često koristi u kombinaciji s velikom signalnom diodom. Upotreba ovog uređaja utiče na prolazno vreme odziva kola. Kondenzator za razdvajanje pomaže u ograničavanju fluktuacija napona uzrokovanih promjenama impedanse.

zener dioda

Zener dioda je posebna vrsta koja će provoditi električnu energiju samo u području direktno pod direktnim padom napona. To znači da kada je jedan terminal zener diode pod naponom, to dozvoljava struji da se kreće od drugog terminala do terminala pod naponom. Važno je da se ovaj uređaj pravilno koristi i da je uzemljen, inače može trajno oštetiti vaše kolo. Također je važno da se ovaj uređaj koristi na otvorenom, jer će pokvariti ako se stavi u vlažnu atmosferu.

Kada se na zener diodu dovede dovoljna struja, stvara se pad napona. Ako ovaj napon dostigne ili premaši napon proboja mašine, onda dozvoljava struji da teče iz jednog terminala.

dioda koja emituje svjetlost (LED)

Dioda koja emituje svetlost (LED) je napravljena od poluprovodničkog materijala koji emituje svetlost kada kroz nju prođe dovoljna količina električne struje. Jedno od najvažnijih svojstava LED dioda je da vrlo efikasno pretvaraju električnu energiju u optičku. LED diode se također koriste kao indikatorska svjetla za označavanje ciljeva na elektronskim uređajima kao što su kompjuteri, satovi, radio, televizori i tako dalje.

LED je odličan primjer razvoja mikročip tehnologije i omogućio je značajne promjene u oblasti rasvjete. LED diode koriste najmanje dva poluvodička sloja za generiranje svjetlosti, jedan pn spoj za generiranje nosača (elektrona i rupa), koji se zatim šalju na suprotne strane sloja "barijere" koji hvata rupe na jednoj strani i elektrone na drugoj. . Energija zarobljenih nosača rekombinuje se u "rezonanciji" poznatoj kao elektroluminiscencija.

LED se smatra efikasnom vrstom rasvjete jer emituje malo topline zajedno sa svojom svjetlošću. Ima duži vijek trajanja od žarulja sa žarnom niti, koje mogu trajati i do 60 puta duže, imaju veću svjetlosnu snagu i emituju manje toksičnih emisija od tradicionalnih fluorescentnih sijalica.

Najveća prednost LED dioda je činjenica da zahtijevaju vrlo malo energije za rad, ovisno o vrsti LED dioda. Sada je moguće koristiti LED diode sa izvorima napajanja u rasponu od solarnih ćelija do baterija, pa čak i naizmjenične struje (AC).

Postoji mnogo različitih tipova LED dioda i dolaze u raznim bojama uključujući crvenu, narandžastu, žutu, zelenu, plavu, bijelu i još mnogo toga. Danas su LED diode dostupne sa svjetlosnim tokom od 10 do 100 lumena po vatu (lm/W), što je gotovo isto kao kod konvencionalnih izvora svjetlosti.

DC diode

Dioda konstantne struje, ili CCD, je vrsta diode za regulaciju napona za napajanje. Glavna funkcija CCD-a je smanjenje gubitaka izlazne snage i poboljšanje stabilizacije napona smanjenjem njegovih fluktuacija kada se opterećenje promijeni. CCD se takođe može koristiti za podešavanje nivoa ulazne DC snage i za kontrolu nivoa jednosmerne struje na izlaznim šinama.

Schottky dioda

Schottky diode se također nazivaju diode s vrućim nosačem.

Schottky diodu je izumio dr Walter Schottky 1926. godine. Izum Schottky diode omogućio nam je da koristimo LED (diode koje emituju svjetlost) kao pouzdane izvore signala.

Dioda ima vrlo povoljan učinak kada se koristi u visokofrekventnim kolima. Šotkijeva dioda se sastoji uglavnom od tri komponente; P, N i spoj metal-poluprovodnik. Dizajn ovog uređaja je takav da se unutar čvrstog poluvodiča formira oštar prijelaz. Ovo omogućava nosačima da pređu sa poluprovodnika na metal. Zauzvrat, ovo pomaže da se smanji prednji napon, što zauzvrat smanjuje gubitke snage i povećava brzinu prebacivanja uređaja koji koriste Schottky diode za vrlo veliku marginu.

Shockley Diode

Shockley dioda je poluvodički uređaj sa asimetričnim rasporedom elektroda. Dioda će provoditi struju u jednom smjeru i mnogo manje ako je polaritet obrnut. Ako se vanjski napon održava na Shockley diodi, tada će se on postupno kretati naprijed kako se primijenjeni napon povećava, sve do točke koja se naziva "granični napon" na kojoj nema značajne struje jer se svi elektroni rekombinuju s rupama. . Iza graničnog napona na grafičkom prikazu strujno-naponske karakteristike, postoji područje negativnog otpora. Shockley će djelovati kao pojačalo s negativnim vrijednostima otpora u ovom rasponu.

Shockleyjev rad se najbolje može razumjeti razbijanjem na tri dijela poznata kao regije, struja u obrnutom smjeru odozdo prema gore je 0, 1 i 2.

U području 1, kada se primijeni pozitivan napon radi prednapona, elektroni difundiraju u poluvodič n-tipa iz materijala p-tipa, gdje se formira "zona iscrpljivanja" zbog zamjene većinskih nosača. Zona iscrpljivanja je regija u kojoj se nosioci naboja uklanjaju kada se primijeni napon. Zona iscrpljivanja oko pn spoja sprečava struju da teče kroz prednji deo jednosmernog uređaja.

Kada elektroni uđu na n-stranu sa strane p-tipa, formira se "zona iscrpljivanja" u prijelazu odozdo prema gore sve dok se strujni put rupe ne blokira. Rupe koje se kreću odozgo prema dolje rekombiniraju se s elektronima koji se kreću odozdo prema gore. Odnosno, između zona iscrpljivanja vodljivog pojasa i valentnog pojasa pojavljuje se "zona rekombinacije" koja sprječava daljnji protok glavnih nosača kroz Shockley diodu.

Protok struje sada kontrolira jedan nosilac, koji je manjinski nosilac, odnosno elektroni u ovom slučaju za poluvodič n-tipa i rupe za materijal p-tipa. Dakle, možemo reći da je ovdje protok struje kontroliran od strane većine nosilaca (rupa i elektrona) i da je tok struje nezavisan od primijenjenog napona sve dok ima dovoljno slobodnih nosilaca za provođenje.

U regionu 2, elektroni emitovani iz zone iscrpljivanja rekombinuju se sa rupama na drugoj strani i stvaraju nove većinske nosioce (elektroni u materijalu p-tipa za poluprovodnik n-tipa). Kada ove rupe uđu u zonu iscrpljivanja, one završavaju strujni put kroz Shockley diodu.

U području 3, kada se vanjski napon primjenjuje za obrnuto pristrasnost, na spoju se pojavljuje područje prostornog naboja ili zona iscrpljivanja, koja se sastoji od većinskih i manjinskih nosilaca. Parovi elektron-rupa su razdvojeni zbog primjene napona na njih, što rezultira strujom drifta kroz Shockley. Ovo uzrokuje da mala količina struje teče kroz Shockley diodu.

Step recovery diode

Stepen recovery diode (SRD) je poluvodički uređaj koji može osigurati fiksno, bezuvjetno stabilno stanje provodljivosti između svoje anode i katode. Prijelaz iz isključenog u uključeno stanje može biti uzrokovan impulsima negativnog napona. Kada je uključen, SRD se ponaša kao savršena dioda. Kada je isključen, SRD je pretežno neprovodljiv sa određenom strujom curenja, ali generalno nije dovoljan da izazove značajan gubitak snage u većini aplikacija.

Slika ispod prikazuje talasne oblike postupnog oporavka za oba tipa SRD-a. Gornja kriva prikazuje tip brzog oporavka, koji emituje veliku količinu svjetlosti kada se pređe u stanje isključeno. Nasuprot tome, donja kriva prikazuje ultrabrzu oporavačku diodu optimiziranu za rad pri velikim brzinama i pokazuje samo zanemarljivo vidljivo zračenje tokom prijelaza iz uključivanja u isključenje.

Da biste uključili SRD, anodni napon mora premašiti napon praga stroja (VT). SRD će se isključiti kada je anodni potencijal manji ili jednak katodnom potencijalu.

tunel dioda

Tunelska dioda je oblik kvantnog inženjeringa koji uzima dva dijela poluvodiča i spaja jedan dio s drugom stranom okrenutom prema van. Tunelska dioda je jedinstvena po tome što elektroni teku kroz poluvodič umjesto oko njega. Ovo je jedan od glavnih razloga zašto je ova vrsta tehnike tako jedinstvena, jer nijedan drugi oblik transporta elektrona do sada nije bio u stanju da postigne takav podvig. Jedan od razloga zašto su tunelske diode toliko popularne je taj što zauzimaju manje prostora od drugih oblika kvantnog inženjeringa i mogu se koristiti u mnogim aplikacijama u mnogim područjima.

Varactor dioda

Varaktorska dioda je poluvodič koji se koristi u promjenjivoj kapacitivnosti regulirane naponom. Varaktorska dioda ima dva priključka, jedan na anodnoj strani PN spoja, a drugi na katodnoj strani PN spoja. Kada dovedete napon na varaktor, on omogućava formiranje električnog polja koje mijenja širinu njegovog osiromašenog sloja. Ovo će efektivno promijeniti njegov kapacitet.

laserska dioda

Laserska dioda je poluvodič koji emituje koherentnu svjetlost, koja se naziva i lasersko svjetlo. Laserska dioda emituje usmjerene paralelne svjetlosne zrake sa malom divergencijom. Ovo je u suprotnosti sa drugim izvorima svetlosti, kao što su konvencionalne LED diode, čija je emitovana svetlost veoma divergentna.

Laserske diode se koriste za optičko skladištenje, laserske štampače, barkod skenere i optičke komunikacije.

Dioda za suzbijanje tranzijenta

Dioda za suzbijanje prolaznog napona (TVS) je dioda dizajnirana za zaštitu od napona i drugih vrsta prijelaznih pojava. Također je sposoban odvojiti napon i struju kako bi spriječio visokonaponske tranzijente da uđu u elektroniku čipa. TVS dioda neće provoditi tokom normalnog rada, već će provoditi samo tokom prelaznog stanja. Tokom električnog prijelaza, TVS dioda može raditi i sa brzim dv/dt šiljcima i velikim dv/dt pikovima. Uređaj se obično nalazi u ulaznim krugovima mikroprocesorskih kola, gdje obrađuje signale prebacivanja velike brzine.

Diode dopirane zlatom

Zlatne diode se mogu naći u kondenzatorima, ispravljačima i drugim uređajima. Ove diode se uglavnom koriste u elektronskoj industriji jer im nije potreban veliki napon za vođenje električne energije. Diode dopirane zlatom mogu se napraviti od p-tipa ili n-tipa poluvodičkih materijala. Dioda dopirana zlatom efikasnije provodi električnu energiju na visokim temperaturama, posebno u diodama n-tipa.

Zlato nije idealan materijal za dopiranje poluvodiča jer su atomi zlata preveliki da bi se lako uklopili u poluvodičke kristale. To znači da zlato obično ne difundira dobro u poluvodič. Jedan od načina da se poveća veličina atoma zlata kako bi se mogli difundirati je dodavanje srebra ili indija. Najčešća metoda koja se koristi za dopiranje poluvodiča zlatom je upotreba natrijum borohidrida, koji pomaže u stvaranju legure zlata i srebra unutar poluvodičkog kristala.

Diode dopirane zlatom se obično koriste u visokofrekventnim energetskim aplikacijama. Ove diode pomažu u smanjenju napona i struje vraćanjem energije iz stražnjeg EMF-a unutrašnjeg otpora diode. Diode dopirane zlatom koriste se u mašinama kao što su mreže otpornika, laseri i tunelske diode.

Super barijere diode

Super barijere diode su vrsta dioda koja se može koristiti u visokonaponskim aplikacijama. Ove diode imaju nizak napon naprijed na visokoj frekvenciji.

Super barijere diode su vrlo svestran tip dioda jer mogu raditi u širokom rasponu frekvencija i napona. Uglavnom se koriste u strujnim sklopovima za sisteme distribucije energije, ispravljače, pretvarače motornih pogona i napajanja.

Superbarijerna dioda se uglavnom sastoji od silicijum dioksida sa dodatkom bakra. Superbarijerna dioda ima nekoliko opcija dizajna, uključujući planarnu germanijsku superbarijernu diodu, spojnu superbarijernu diodu i izolirajuću superbarijernu diodu.

Peltier dioda

Peltier dioda je poluvodič. Može se koristiti za generiranje električne struje kao odgovor na toplinsku energiju. Ovaj uređaj je još uvijek nov i još nije u potpunosti shvaćen, ali izgleda da bi mogao biti koristan za pretvaranje topline u električnu energiju. Ovo se može koristiti za bojlere ili čak u automobilima. To bi omogućilo korištenje topline koju proizvodi motor s unutarnjim sagorijevanjem, što je obično izgubljena energija. To bi također omogućilo motoru da radi efikasnije, jer ne bi trebao proizvoditi toliko snage (na taj način koristeći manje goriva), već bi umjesto toga Peltierova dioda pretvarala otpadnu toplinu u snagu.

kristalna dioda

Kristalne diode se obično koriste za uskopojasno filtriranje, oscilatore ili pojačala kontrolirana naponom. Kristalna dioda se smatra posebnom primjenom piezoelektričnog efekta. Ovaj proces pomaže u generiranju signala napona i struje koristeći njihova inherentna svojstva. Kristalne diode se također obično kombiniraju s drugim krugovima koji pružaju pojačanje ili druge specijalizirane funkcije.

Avalanche Diode

Lavina dioda je poluvodič koji stvara lavinu od jednog elektrona iz vodljivog pojasa u valentni pojas. Koristi se kao ispravljač u visokonaponskim DC strujnim krugovima, kao detektor infracrvenog zračenja i kao fotonaponska mašina za ultraljubičasto zračenje. Efekt lavine povećava pad napona naprijed na diodi tako da se može učiniti mnogo manjim od probojnog napona.

Silicijumski kontrolisani ispravljač

Silicijumski kontrolisani ispravljač (SCR) je tiristor sa tri terminala. Dizajniran je da djeluje kao prekidač u mikrovalnim pećnicama za kontrolu snage. Može se pokrenuti strujom ili naponom, ili oboje, ovisno o postavci izlaza gejta. Kada je pin gejta negativan, dozvoljava struji da teče kroz SCR, a kada je pozitivan, blokira struju da teče kroz SCR. Lokacija igle kapije određuje da li struja prolazi ili je blokirana kada je na mjestu.

Vakumske diode

Vakumske diode su još jedna vrsta dioda, ali za razliku od drugih tipova, one se koriste u vakuumskim cijevima za regulaciju struje. Vakumske diode omogućavaju da struja teče pri konstantnom naponu, ali također imaju kontrolnu mrežu koja mijenja taj napon. U zavisnosti od napona u kontrolnoj mreži, vakuum dioda ili dozvoljava ili zaustavlja struju. Vakumske diode se koriste kao pojačala i oscilatori u radio prijemnicima i predajnicima. Oni također služe kao ispravljači koji pretvaraju AC u DC za korištenje električnim uređajima.

PIN dioda

PIN diode su vrsta dioda sa pn spojem. Općenito, PIN-ovi su poluvodič koji pokazuje mali otpor kada se na njega dovede napon. Ovaj mali otpor će se povećati kako se primijenjeni napon povećava. PIN kodovi imaju granični napon prije nego što postanu provodljivi. Dakle, ako se ne primjenjuje negativan napon, dioda neće proći struju sve dok ne dostigne ovu vrijednost. Količina struje koja teče kroz metal ovisit će o potencijalnoj razlici ili naponu između oba terminala i neće doći do curenja s jednog terminala na drugi.

Point Contact Diode

Tačkasta dioda je jednosmjerni uređaj koji može poboljšati RF signal. Point-Contact se još naziva i tranzistor bez spoja. Sastoji se od dvije žice pričvršćene na poluvodički materijal. Kada se ove žice dodiruju, stvara se "tačka štipanja" gdje elektroni mogu ukrštati. Ova vrsta dioda se posebno koristi kod AM radija i drugih uređaja kako bi im se omogućilo da detektuju RF signale.

Gunn dioda

Gunn dioda je dioda koja se sastoji od dva antiparalelna pn spoja sa asimetričnom visinom barijere. To dovodi do snažnog potiskivanja toka elektrona u smjeru naprijed, dok struja i dalje teče u obrnutom smjeru.

Ovi uređaji se obično koriste kao mikrovalni generatori. Izmislili su ih oko 1959. godine J. B. Gann i A. S. Newell u Kraljevskoj pošti u Velikoj Britaniji, odakle dolazi i naziv: "Gann" je skraćenica njihovih imena, a "dioda" jer su radili na plinskim uređajima (Newell je ranije radio na Edison institutu za komunikacije). Bell Laboratories, gdje je radio na poluvodičkim uređajima).

Prva velika primjena Gunn dioda bila je prva generacija britanske vojne UHF radio opreme, koja je ušla u upotrebu oko 1965. godine. Vojni AM radio takođe su u velikoj meri koristili Gunove diode.

Karakteristika Gunn diode je da je struja samo 10-20% struje konvencionalne silikonske diode. Osim toga, pad napona na diodi je oko 25 puta manji od konvencionalne diode, obično 0 mV na sobnoj temperaturi za XNUMX.

Video Tutorial

Šta je dioda - Vodič za elektroniku za početnike

zaključak

Nadamo se da ste naučili šta je dioda. Ako ste zainteresirani da saznate više o tome kako ova nevjerovatna komponenta radi, pogledajte naše članke na stranici dioda. Vjerujemo da ćete i ovoga puta primijeniti sve što ste naučili.